影響全水發(fā)泡硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料性能的主要因素

1、釬癯建巍全國中文核心期刊影嫡全水發(fā)泡硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑 hq-r能的主要因素肖力光，羅晶，張兵(吉林建筑工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130021)摘要：研究影響全水發(fā)泡硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料性能的幾種因素，如異氰酸酯指數(shù)和發(fā)泡劑，并研究了用偶聯(lián)劑 KH550處理玻璃微珠的方法對全水發(fā)泡硬質(zhì)聚氨酯泡沫的微觀形貌和壓縮性能的影響。結(jié)果表明，加入經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理的玻璃微珠使泡沫塑料的泡孔密度增加，泡孔直徑變小，壓縮強度增加。關(guān)鍵詞：全水發(fā)泡；硬聚氨酯泡沫塑料；玻璃微珠；性能中圖分類號：TU551文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1001702X(2009)05005703M ain factors im

2、pact on the performance of all-water rigid polyurethan e foamXIA0 Liguang，LUO Jing，ZHANG Bing(SchoolofMaterials and Engineering，Jilin Architectural and CivilEngineering Institute，Changchun 130021，Jilin，China) Abstract：Research is made on several factors impacton the performance of llawater igidr pol

3、yurethane foam，such as isocyanate index and foaming agent，na d influence of glass bead treated by KH550 on microcosmic morphology and compression of lla-water igidr polyurethane foamThe results show that：glass beads adding surface treated by KH550 makes the froth density in crease，frothy diam eter d

4、ecrease and the compressive strength improveKey words：llwaterafoam：i6dr polyurethanefoam；glassbead：performance0 前 言1 試驗部分聚氨酯硬泡具有優(yōu)良的保溫隔熱性能，作為一種新型墻11 主要原料及助劑體保溫材料，其在外墻外保溫系統(tǒng)中的應(yīng)用將推動建筑節(jié)能 4，4，一二苯基甲烷二異氰酸酯(粗 MDI)，工業(yè)品，黏度工程的發(fā)展，有利于實現(xiàn)新的建筑節(jié)能目標(biāo)。但我國目前使 (25)為150 250mPaS，上海安寧化工科技有限公司；聚醚用的硬質(zhì)聚氨酯泡沫的發(fā)泡劑大多為低沸點烴類化合物，該 多元醇

5、，工業(yè)品，牌號4100B，羥值：(420+20)mgKOHg，黏度類化合物是破壞臭氧層的元兇，而且易燃，使其在節(jié)能墻體中 (25)為(2500+50)mPaS，南京杰拉華聚氨酯有限公司。催的應(yīng)用受到限制。研究發(fā)現(xiàn)，水是最廉價、最簡便的發(fā)泡劑， 化劑三乙醇胺、二月桂酸二丁基錫，表面活性劑硅油，勻泡劑，且不燃、無毒，臭氧消耗能(ODP)為0，在發(fā)泡過程中與異氰 均為工業(yè)品；HCFC一141b；蒸餾水；中空玻璃微珠，粒徑 10 酸酯反應(yīng)生成脲 同時放出CO，放出的C0 殘留在泡孔中起 250 m，堆積密度 008012gcm ，抗碎強度 1535MPa，到發(fā)泡的作用，是替代低沸點烴類化合物最好的發(fā)泡

6、劑。本 壁厚小于 1 m，長春建工集團(tuán)提供。文采用水作發(fā)泡劑，添加經(jīng)表面處理的玻璃微珠以增強聚氨 12 設(shè)備與儀器酯硬泡的力學(xué)性能。掃描電子顯微鏡，KYKY一2800B，中國科學(xué)院科學(xué)儀器廠；微機(jī)控制電子式萬能試驗機(jī)，WDW-20，吉林省金力實驗技術(shù)有限公司；電動攪拌器，7312一I，轉(zhuǎn)速 1006500rmin，上海標(biāo)本基金項目：吉林省科技發(fā)展計劃重大項目(20075016)模具廠制造；數(shù)顯黏度計，NDJ一9s，上海精密科學(xué)儀器有限公建設(shè)部科技攻關(guān)項目(06一k514)司；導(dǎo)熱系數(shù)測定儀，DRY一300F，天津弗瑞德科技有限公司。收稿日期：2008120813 手工發(fā)泡作者簡介：肖力光，男，

7、1962年生，吉林長春人，博士，教授。地址：長春將定量的聚醚多元醇、硅油、催化劑和水加入到500mL塑市紅旗街 1129號，1 E-lnl：xlg627163com。料杯中，用電動攪拌器攪拌均勻，向其中加入定量的MDI，快速NEW BOILDING MATERIAL557肖力光，等：影響全水發(fā)泡硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料性能的主要因素Bd聯(lián)好出混合10s左右，倒入模具中進(jìn)行自由發(fā)泡，待物料漲定，約30 試驗結(jié)果見圖2。rain后開始拆模。熟化72h后測試密度、壓縮強度等物性指標(biāo)。14 性能測試方法壓縮性能測試：將泡沫體去皮后取其芯部，參照 GB廠I1曼、 、881388制

8、成50minx50minx50mm的試樣。稱取試樣質(zhì)量后，計算其密度。在電子萬能材料試驗機(jī)上測其壓縮性能，壓姆縮速度為2mmmin。2 結(jié)果與討論21 全水發(fā)泡聚氨酯泡沫的影響因素211 異氰酸酯指數(shù)對聚氨酯泡沫的影響在聚氨酯泡沫塑料的成型過程中，異氰酸酯與聚醚多元醇的比例很重要，它們的當(dāng)量比稱為異氰酸酯指數(shù)。異氰酸酯指數(shù)升高，會使泡沫密度下降、硬度增加，但泡沫熟化時間延長；異氰酸酯指數(shù)降低，則泡沫密度升高、硬度降低、泡沫熟化加快、流動性逐漸變差。異氰酸酯指數(shù)對泡沫壓縮性能影響的試驗結(jié)果見圖1。伽蕈姍渤腳0圖2 不同發(fā)泡劑對聚氨酯泡沫壓縮強度的影響從圖2可以看出，不同發(fā)泡劑對泡沫體的壓縮強度影

9、響都是隨著密度的增大而增大。但在密度相同的情況下，使用全水發(fā)泡泡沫的壓縮強度最高。213 水用量對泡沫導(dǎo)熱系數(shù)的影響(見表1)表 I 水用量對聚氨酯泡沫塑料導(dǎo)熱系數(shù)的影響試樣編號I 2 3 4 5 6水 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))05 07 10 15 20 30密度(kgm。)699856045857 97 50358 4523147647導(dǎo)熱系數(shù)w(mK)】002500024300238 00226 00220一尺寸穩(wěn)定性不變形不變形不變形不變形不變形收縮從表 1可看出，隨著發(fā)泡體系中水用量的增加，反應(yīng)產(chǎn)生的C0 量也隨之增多，泡沫密度相應(yīng)隨之下降，實際應(yīng)用中就是通過調(diào)節(jié)水用量來獲取不同密度的泡沫。硬質(zhì)

10、聚氨酯泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)隨水用量的增加而減小，這是由于水用量的增加使硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料密度減小，泡孔壁變薄，使泡沫熱傳導(dǎo)圖 1 異氰酸酯指數(shù)對聚氨酯泡沫壓縮性能的影響作用減弱，導(dǎo)熱系數(shù)降低 當(dāng)水用量為3份時泡沫收縮，導(dǎo)致測通常使用的異氰酸酯分子中含有剛性結(jié)構(gòu)的苯環(huán)，以及出的泡沫密度偏大。泡沫收縮的原因是水用量過大，放出CO反應(yīng)生成的氨基甲酸酯、脲等強度較高，常將含有此類基團(tuán)量偏大，導(dǎo)致泡孔成核數(shù)劇增，泡孔壁變薄，在固化過程中，c0的鏈稱之為“硬鏈段”。因此，發(fā)泡時異氰酸酯指數(shù)越高，這種向外擴(kuò)散速率比空氣向泡沫內(nèi)的擴(kuò)散速率快，泡沫內(nèi)壓降低，剛性結(jié)構(gòu)的硬鏈段的交聯(lián)密度也越大，泡沫分子的內(nèi)聚力也引起

11、泡沫收縮。試驗結(jié)果表明9配方中水用量不宜超過2份。越強，故所得的泡沫常常表現(xiàn)出良好的壓縮強度及尺寸穩(wěn)定22 中空玻璃微珠增強聚氨酯泡沫性。但異氰酸酯指數(shù)也并非越大越好，當(dāng)異氰酸酯指數(shù)增加玻璃微珠是一種新型無機(jī)填料，已開始大量應(yīng)用于聚合到一定程度時，這種效果表現(xiàn)得并不是特別明顯1】。同時，過物材料體系中四。它具有圓形結(jié)構(gòu)，各向同性，易與樹脂混合；高的異氰酸酯指數(shù)反而會增加泡沫的生產(chǎn)成本。本試驗得出中空玻璃微珠密度小，在提高材料壓縮性能的同時，幾乎不增最佳異氰酸酯指數(shù)為102。加材料的密度 。212發(fā)泡劑對聚氨酯泡沫性能的影響將中空玻璃微珠加入到聚醚多元醇的混合物中，用高速 制備PU泡沫所使用的發(fā)

12、泡劑基本上分為2種類型，一攪拌機(jī)混合均勻，然后按化學(xué)計量配比把稱量的MDI倒入混種是利用水與異氰酸酯反應(yīng)放出CO作為起泡劑，即化學(xué)發(fā)合物中，迅速高速攪拌10s左右，待物料發(fā)白，迅速把物料倒泡莉；另一種是選用低沸點化合物，利用泡沫體系的反應(yīng)熱入模具中，待物料漲定，約 30min后開始拆模，取出樣品。使之汽化發(fā)泡，即物理發(fā)泡劑2l221 中空玻璃微珠對反應(yīng)組分黏疫的影響分別以全水發(fā)泡、HCFC一141b發(fā)泡、水與HCFC一141b混黏度是硬質(zhì)聚氨酯泡沫成型過程中一個重要的成型加工合發(fā)泡3種不同體系，研究發(fā)泡劑用量與泡沫性能的關(guān)系，參數(shù)，黏度過大，流動性不夠，會使泡沫在模腔中填充不滿并58 新型建筑

13、材料20095肖力光，等：影響全水發(fā)泡硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料性能的主要因素發(fā)生溢料現(xiàn)象同。中空玻璃微珠作為增強材料的加入，更容易引起體系的黏度過大，使填料很難在泡沫中分散均勻，從而影響了泡沫體的性能嘲。試驗測試了環(huán)境溫度為25時，不同玻璃微珠分散在聚醚多元醇中的黏度，結(jié)果見圖3。U415中空玻璃微珠質(zhì)量百分?jǐn)?shù)圖 3 中空玻璃微珠含量對聚醚多元醇黏度的影響從圖3可以看出，隨著玻璃微珠用量的增加，聚醚多元醇體系的黏度大幅度的增大。222 添加偶聯(lián)劑處理的玻璃微珠對泡沫塑料泡孔結(jié)構(gòu)的影響添加經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH500表面處理的玻璃微珠對泡沫塑料的泡孔結(jié)構(gòu)有一定的影響，圖4為未添加玻璃微珠和添加玻璃微珠制得的

14、聚氨酯泡沫塑料泡孔結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片。 (a)未添加玻璃微珠(b)添加玻璃微珠圖 4 聚氨酯泡沫塑料泡孔掃描電鏡照片從圖4可以看出，添加經(jīng)偶聯(lián)劑處理的玻璃微珠使泡孔呈球狀，并且表面光滑，破損情況減少，材料泡孔逐漸減小。這是由于空心玻璃微珠粒徑較小，當(dāng)被引入聚氨酯基體后，在核化過程中一定程度上起到了成核劑的作用，增加了氣泡的濃度，致使氣泡孔徑減小。22-3 經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理的玻璃微珠對泡沫塑料壓縮性能的影響玻璃微珠作為增強填料，用量越大，對耐壓性能的貢獻(xiàn)也越大。長時間放置后的玻璃微珠表面不新鮮，需進(jìn)行處理，先用丙酮浸泡以除去玻璃微珠表面的油污，然后在 1lO條件下將其烘干，并將偶聯(lián)劑 KH550

15、配成05(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))的水溶液，將烘干的玻璃微珠放入上述溶液中浸泡 10min，倒掉上層清液，最后在1l0干燥后置于干燥器中保存17。未經(jīng)表面處理和經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理的玻璃微珠對聚氨酯泡沫塑料壓縮強度的影響見表2。表 2 玻璃微珠表面處理對泡沫塑料壓縮性能的影響注：為空心玻璃微珠用量占聚醚多元醇的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；添加未用偶聯(lián)劑表面處理的玻璃微珠的壓縮強度；為添加經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理的玻璃微珠的壓縮強度。從表2可以看出，隨著玻璃微珠用量的增加，壓縮強度也隨之增大，當(dāng)玻璃微珠用量為 10時，增強泡沫塑料的壓縮強度達(dá)到最大。玻璃微珠經(jīng)表面處理后壓縮強度明顯增加，玻璃微珠用量為 10時，壓縮強度提高了10以上。

16、這是因為加入表面處理的玻璃微珠使泡沫塑料的泡孔密度增加、泡孔直徑變小，減少了材料內(nèi)部的缺陷，玻璃微珠表面與樹脂基體之間有較好的粘結(jié)，同時玻璃微珠在樹脂基體中分散均勻。3 結(jié) 語當(dāng)異氰酸酯指數(shù)為 1o2時，全水發(fā)泡硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的壓縮強度最大。配方中的用水量不宜超過2份，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)隨水用量的增加而降低。用偶聯(lián)劑KH550處理玻璃微珠，能顯著提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，改善泡孔結(jié)構(gòu)，提高界面之間的作用力。參考文獻(xiàn)：【1 Ports C，ZannetiRDimensional stability of polyurethane rigidfoams blown with C 【J】Journal fo Cellular Plastics，1999，6(32)：514-530【2 朱呂民聚氨酯合成材料M南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2002【3 粱基照，李國耀玻璃微珠表 面處理對 LDPE增強 泡沫塑料拉伸性能的影響J復(fù)合材料學(xué)報，2000，17(1)：1922【4】李春娥，王政，文聞，等環(huán)氧樹脂一聚酰胺一玻璃微珠體系的固化： J復(fù)合材料學(xué)報，2000，17(4)：11-14【5】 HutehisonJReactioninjectionmoldingofpolyurethanewith im-proved processin