【正文】 4. 隨著 PVC 用量的增加泡沫材料的密度、壓縮強(qiáng)度都有所增加 。 PVC 改性聚氨酯發(fā)泡材料的制備及其結(jié)構(gòu)性能研究 孫旭陽(yáng) 28 下圖即為選取的一部分按照以上配方制得的產(chǎn)品的 150 倍的 掃描電鏡（ SEM）照片 。 (a) (b) 圖 3但用這種方法發(fā)泡有一個(gè)很嚴(yán)重的問(wèn)題就是發(fā)出的泡在靜止一段時(shí)間后會(huì)收縮，有時(shí)收縮的相當(dāng)劇烈以至于都沒(méi)有辦法來(lái)測(cè)它的壓縮強(qiáng)度和密度了。 下面是對(duì)使用以上配方制得的聚氨酯泡沫材料的性能分析。 直接混入 PVC糊樹脂粉末： 直接以粉末的形式 先將 PVC溶于溶液 ： 曾經(jīng)先后嘗試了丙酮、環(huán)己酮、 N,N二甲基甲酰胺 (DMF)、丙酮加 環(huán)己酮混合液、四氫呋喃 (DMF)幾種溶劑，發(fā)現(xiàn)其中丙酮加環(huán)己酮混合液與四氫呋喃的溶解效果最好 。比如同一條件下，官能度相同的聚醚或聚 酯 多元醇 ，凡相對(duì)分子質(zhì)量小的，反應(yīng)活性就高。當(dāng)進(jìn)一步反應(yīng)，水含量較多的部分產(chǎn)生較多的反應(yīng)熱和氣體，反應(yīng)生成的熱使局部溫度升高，從而加速反應(yīng)生成更多的氣體，局部形成相當(dāng)高的氣體壓力，氣體在高的壓力下很快與前期形成的氣泡核作用，使氣泡核快速膨脹，從而形成較大的氣泡。引起泡沫塌陷或破裂等的不穩(wěn)定因素是多方面的，實(shí)際生產(chǎn)中一般采用兩種方法來(lái)穩(wěn)定泡沫。另一類是成型加工條件，包括成型工藝過(guò)程、工藝條件和設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)等，如成型的溫度、壓力、剪切速度和模頭的幾何參數(shù)等。如同時(shí)加入很細(xì)的固體粒子或微小的氣泡核，就出現(xiàn)了作為氣體的第二分散相，有利于泡沫的形成。因而既可看成是鏈增長(zhǎng)反應(yīng)，又可視作發(fā)泡反應(yīng)。郭曉飛 [16]等研究了應(yīng)用于寒冷地區(qū)建筑外墻保溫的硬質(zhì)聚氨酯泡沫，從原料、工藝、設(shè)備等方面，介紹適合寒冷地區(qū)的建筑外墻聚氨酯現(xiàn)場(chǎng)噴涂保 溫系統(tǒng)?；瘜W(xué)發(fā)泡劑中最普通的就是水，因其污染小、成本低、工藝簡(jiǎn)便、發(fā)泡效果好而得到了廣泛應(yīng)用 [7]。 第 節(jié) 硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料 聚氨酯泡沫塑料可分為軟質(zhì)、 半硬質(zhì)和硬質(zhì)三種類型。但其加工難度比較大，一般采取間歇加工工藝和連續(xù)擠出工藝。泡沫塑料中有大量氣泡存在，其密度約在 10~500 kg/m3。其中胺類催化劑發(fā)展較快，雙 (二甲胺基乙基 )醚已由江蘇省化工研究所攻關(guān)成功并已商品化，商品名 JSPC— 1。 聚酯型軟質(zhì)泡沫塑料雖然性能優(yōu)良，但成本較高，價(jià)格較貴，因此促使人們尋找比聚酯價(jià)廉的樹脂來(lái)取代它。利用這種性質(zhì)，聚氨酯類聚合物可以分別制成從液體到固體、從軟質(zhì)到硬質(zhì)的涂料、黏合劑、塑料、纖維、橡膠等各種不同性能和類型的聚氨酯制品 [1]。 本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 關(guān)鍵詞： 聚氨酯 ； 硬質(zhì)泡沫 ； 聚氯乙烯 ； 泡沫材料 PVC 改性聚氨酯發(fā)泡材料的制備及其結(jié)構(gòu)性能研究 孫旭陽(yáng) IV Preparation of Polyvinyl Chloridemodified Polyurethane Foam ABSTRACT The paper studied the preparation of rigid polyurethane foam materials and worked out a basic formula, also studied how to mix PVC into the formula with the best way. This experiment tried three methods to add PVC to the formula: mixing the PVC powder into formula directly。第二次世界大戰(zhàn)期間，日本的星野、巖倉(cāng)等也研究了二異氰酸酯的反應(yīng)，成功地合成了聚六亞甲基四亞甲基氨基甲酸酯，并將其命名為坡盧冉 (Poluran)，但一直沒(méi)有工業(yè)化。 聚氨酯泡沫塑料起始于硬質(zhì)，開始時(shí)用作飛機(jī)機(jī)件的包芯材料和填充材料、船舶浮力材料和絕熱材料，以后逐步推廣到其它各方面的應(yīng)用。 (2)按泡沫密度可分為低發(fā)泡、中發(fā)泡和高發(fā)泡三類泡沫塑料。泡沫塑料的力學(xué)強(qiáng)度隨發(fā)泡倍數(shù)的增加而下降，一般微孔或小孔泡沫塑料強(qiáng)度高。 (4)新型發(fā)泡聚合物 聚丙烯是聚烯烴中綜合性能最好的一種聚合物，具有較高的剛性、優(yōu)良的耐熱性PVC 改性聚氨酯發(fā)泡材料的制備及其結(jié)構(gòu)性能研究 孫旭陽(yáng) 6 和化學(xué)穩(wěn)定性，是制備發(fā)泡泡沫塑料的的首選材料。由于其極低的導(dǎo)熱系數(shù)和耐水性，以及密度小、比強(qiáng)度高、易切割等特點(diǎn)，其應(yīng)用在冰箱、冷藏柜的保溫，建筑業(yè)上屋頂墻體窗戶地面管道等的保溫，工業(yè)上水、水蒸氣等保溫、保冷管道等方面的優(yōu)勢(shì)是其它傳統(tǒng)材料無(wú)法比擬的。現(xiàn)場(chǎng)噴涂的硬質(zhì)聚氨酯泡沫導(dǎo)熱系數(shù)一般只有 W URETEK 技術(shù)由于其快速、經(jīng)濟(jì)、地面損壞程度小、材料性能優(yōu)異、耐久性強(qiáng)等特點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。最后形成具有高分子量和一定交聯(lián) 度的聚氨酯泡沫體。成PVC 改性聚氨酯發(fā)泡材料的制備及其結(jié)構(gòu)性能研究 孫旭陽(yáng) 12 核有均 相成核和異相成核之分。假如氣泡核的數(shù)量太少，就會(huì)使較多的氣體從熔體的外表面散失到大氣中，結(jié)果每個(gè)氣泡核得到的氣泡量可能會(huì)多一些，但總的氣體利用率是低的。 PVC 改性聚氨酯發(fā)泡材料的制備及其結(jié)構(gòu)性能研究 孫旭陽(yáng) 14 對(duì)于硬質(zhì)聚氨 酯 泡沫塑料來(lái)說(shuō)，如果發(fā)泡體系中異氰酸根基團(tuán)和經(jīng)基的物質(zhì)的量之比不為 1，過(guò)量的異氰酸 酯 或多元醇會(huì)對(duì)整個(gè)發(fā)泡過(guò)程的不同階段產(chǎn)生影響。 聚氨酯 泡沫塑料 的基本發(fā)泡體系 發(fā)泡配方和發(fā)泡工藝是決定硬質(zhì)聚氨 酯 泡沫塑料最終性能的兩個(gè)主要因素。 PVC 改性聚氨酯發(fā)泡材料的制備及其結(jié)構(gòu)性能研究 孫旭陽(yáng) 18 氨基甲酸酯基團(tuán)中氮原子上的氫與異氰酸酯反應(yīng)生成脲基甲酸酯 。 PVC 改性聚氨酯發(fā)泡材料的制備及其結(jié)構(gòu)性能研究 孫旭陽(yáng) 20 第 3 章 結(jié)果與討論 第 節(jié) 純 硬質(zhì)聚氨酯泡沫的制備 本實(shí)驗(yàn)首先制備了純硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料并對(duì)其結(jié)構(gòu)及性能做了初步的研究。 本實(shí)驗(yàn)依次采用直接向配方中 加入 PVC 糊樹 脂粉、將 PVC 溶于 某種 溶劑中再將其加入 配方、將 PVC 和大量增塑劑的混合物加入配方三種方式加入 PVC。 從上圖可以看出， 純聚氨酯泡沫的 10%熱失重溫度為 285℃ ，由 于 PVC 的熱分解溫度較低導(dǎo)致以不同方式混入 PVC 制得的產(chǎn)品的熱失重溫度都有不同程度的降低。 所以從以上數(shù)據(jù)綜合分析用正戊烷做發(fā)泡劑優(yōu)于用水做發(fā)泡劑。 圖 3 最后 感謝實(shí)驗(yàn)室其他師兄師姐和同學(xué)們對(duì)我的幫助。 PVC 改性聚氨酯發(fā)泡材料的制備及其結(jié)構(gòu)性能研究 孫旭陽(yáng) 30 圖 38 水 amp。 PVC 改性聚氨酯發(fā)泡材料的制備及其結(jié)構(gòu)性能研究 孫旭陽(yáng) 24 圖 3 用 以上這個(gè)配方 制得的是純聚氨酯泡沫塑料 ，還需加入 PVC。 熱失重 (TGA)分析 ： 將制得的樣品在空氣氣氛下以 20℃ 每分鐘的升溫速率升至700℃ ，考察其失重情況 。 由于有氣體二氧化碳的生成，所以這是一步發(fā)泡的反應(yīng)。不難想象，當(dāng)發(fā)泡劑含量較少，即泡沫塑料的密度較高時(shí)，形成的氣泡體積較小、數(shù)量較少，樹脂的相對(duì)含量較高，氣泡在形成過(guò)程中彼此間的碰撞、合并機(jī)會(huì)要少得多 。因?yàn)闊峁绦耘菽芰系恼硰椥院土鲃?dòng)性取決于分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)的程度，因此氣泡的膨脹和固化必須與聚合物縮聚反應(yīng)的程度相適應(yīng)。氣泡表面積之和與熔體外表面積之比越 大，過(guò)飽和氣體從熔體中擴(kuò)散到氣泡表面進(jìn)入氣泡的數(shù)量就越多。隨著生成氣體的增加，溶液成為 飽和狀態(tài)，這時(shí)氣體就會(huì)從溶液中逸出形成氣泡核，這時(shí)溶液中形成氣 — 液兩相。在聚氨酯泡沫制造過(guò)程中，這些反應(yīng)都以較快的速度同時(shí)進(jìn)行著。泡沫塑料泡孔孔徑，發(fā)泡倍率 30 左右，閉孔率 90%以上 (雷明頓方法 )，硬度約為 70。 第 節(jié) 硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料在工程上的應(yīng)用 聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料在工業(yè)和民用設(shè)施上有廣泛的應(yīng)用。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是指在一定負(fù)荷作用下不發(fā)生明顯形變，當(dāng)負(fù)荷過(guò)大發(fā)生形變后不能恢復(fù)到初始狀態(tài)的聚氨酯泡沫塑料 [1]。日本的一些公司共同開發(fā)了一種將吹塑成型與發(fā)泡成型相結(jié)合 的結(jié)皮發(fā)泡成型技術(shù)，其關(guān)鍵工藝是外皮樹脂 (型坯 )未冷卻固化時(shí)就立即將發(fā)泡泡沫注入該中空體內(nèi)。 (5)比強(qiáng)度高。 (1)按泡沫硬度可分為軟質(zhì)、硬質(zhì)和半硬質(zhì)三類泡沫塑料。在聚氨酯泡沫塑料生產(chǎn)工藝中，配方是個(gè)重要因素。 1941 年首先被德國(guó)人利塞 (TLieser)獲得了二異氰酸酯和二 羥基 化合物起反應(yīng)的專利權(quán)。 實(shí)驗(yàn)得到的泡沫材料為閉孔結(jié)構(gòu)，并且泡孔均勻，孔徑約為 500μm。 本人簽名： 日期： 年 月 日 PVC 改性聚氨酯發(fā)泡材料的制備及其結(jié)構(gòu)性能研究 孫旭陽(yáng) II 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 設(shè)計(jì)（論文）題目： PVC 改性聚氨酯發(fā)泡材料的制備及其結(jié)構(gòu)性能的 研究 學(xué)院： 材料 學(xué)院 專業(yè)： 高分子材料與工程 班級(jí)： 高材 0702 學(xué)號(hào)： 20xx21039 學(xué)生： 孫旭陽(yáng) 指導(dǎo)教師： 武德珍 專業(yè)負(fù)責(zé)人： 李齊方 1． 設(shè)計(jì)（論文）的主要任務(wù)及目標(biāo) (1) 培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)查閱和綜述能力 (2) 培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力 及利用所學(xué)知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力 (3) 培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歸納總結(jié)能力及論文的寫作能力 2． 設(shè)計(jì)（論文）的 基本要求和 內(nèi)容 (1) 查閱題目有關(guān)的國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)并進(jìn)行綜述 (2) 提出合理的實(shí)驗(yàn)方案 (3) 制備出 PVC 改性的聚氨酯泡沫材料并 對(duì)其 力學(xué)等 性能進(jìn)行研究 3．主要參考文獻(xiàn) [1] , acid as a coblowing agent in rigid polyurethane foams [J].Europe Polymer,1998,34(9):12331241. [2] 朱呂民，劉益軍，等 .聚氨酯 泡沫塑料 (第 3 版 ) [M].北京 :化學(xué) 工 業(yè)出版社， 20xx. [3] 張京珍 .泡沫塑料成型加 工 [M].北京 :化學(xué) 工 業(yè)出版社， 20xx. 4． 進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 查閱文獻(xiàn)寫綜述及開題報(bào)告 ~ 2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程及準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn) ~ 3 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及性能測(cè)試 ~ 4 分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及完成論文 ~ PVC 改性聚氨酯發(fā)泡材料的制備及其結(jié)構(gòu)性能研究 孫旭陽(yáng) III PVC 改性聚氨酯發(fā)泡材料的制備及其結(jié)構(gòu)性能 研究 摘 要 本 文 首先 研究了制備硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡材料的方法并制定出了基本的配方 ， 還研究了如何加 入 PVC 才能得到性能最好的泡沫產(chǎn)品 。德國(guó)化 學(xué)家沃爾茨 (Wurtz)最早于 1849 年用烷基硫酸鹽與氰酸鉀進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)合成了烷基異氰酸酯 ： 之后，化學(xué)家霍夫曼 ()于 1850 年由雙 N苯基甲酰胺化合物成功地合成了苯異氰酸酯 ： 1884 年，亨切爾 (Hentschel)等人將胺類化學(xué)物質(zhì)與光氣反應(yīng)合成了異氰酸酯 ： 后來(lái)德化學(xué)家拜爾 (Bayer)及其同事們對(duì)異氰酸酯的加聚反應(yīng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)可以生成各種聚氨酯及聚脲化合物，但實(shí)用性還不大。用這種聚醚制得了泡沫塑料性能較好，價(jià)格較低，使聚氨酯工業(yè)又發(fā)生了一次重大的突破。用于模塑發(fā)泡的多種新型催化劑，包括延遲催化劑也已商品化 [2]。泡沫塑料在受到?jīng)_擊載荷時(shí)，泡孔中的氣體受載荷作用而壓縮，外力消失而回彈，這種壓縮、回彈會(huì)消耗掉沖擊載荷能量。它既保留了注射成型工藝中的許多優(yōu)點(diǎn)，又避免了傳統(tǒng)注射工藝中的一些問(wèn)題，還能減輕泡沫塑料質(zhì)量。它不必像聚乙烯、聚氯乙烯等聚合物那樣，需先將單體聚合成粒后才能加工成泡沫塑料，而可以直接從單體原料一次加工成聚合物泡沫塑料，省去了聚合、分離、精制、擠出成粒等中間工序。 泡沫穩(wěn)定劑 泡沫穩(wěn)定劑對(duì)于聚氨酯泡沫材料中泡孔的形成、穩(wěn)定、