【正文】 物加聚而成。從聚氨酯大分子主鏈結(jié)構(gòu)看，它是由玻璃化溫度低于室溫的柔性鏈段和玻璃化溫度高于室溫的剛性鏈段組成，其中低聚物多元醇(如聚醚、聚酯等) 構(gòu)成柔性鏈段，異氰酸酯和小分子擴(kuò)鏈劑構(gòu)成剛性鏈段。通過(guò)分子設(shè)計(jì)，可以制造不同性能的材料，滿足不同領(lǐng)域的需要 [2]。優(yōu)良的性能，廣泛的用途，使聚氨酯樹脂成為世界重點(diǎn)發(fā)展的六大合成材料之一 [3]。軟泡沫塑料主要用于家具及交通工具各種墊材、隔音材料等；硬泡沫塑料主要用于家用電器隔熱層、屋墻面保溫防水噴涂泡沫、管道保溫材料、建筑板材、冷藏車及冷庫(kù)隔熱材等；半硬泡沫塑料用于汽車儀表板、方向盤等。聚氨酯彈性體可在較寬的硬度范圍具有較高的彈性及強(qiáng)度、優(yōu)異的耐磨性、耐油性、耐疲勞性及抗震動(dòng)性，具有“耐磨橡膠” 之稱。 泡沫塑料泡沫塑料(又稱多孔塑料) 是一種新型材料，它是以樹脂為主體，內(nèi)部有許多微小泡孔的塑料制品。泡沫塑料是目前塑料品種中用量最多的品種之一，在塑料工業(yè)中占有重要的地位 [4]。在 23℃和 50%的相對(duì)濕度下，泡沫塑料的彈性模量小于 70MPa 的稱為軟質(zhì)泡沫塑料。介于 70MPa 和 700MPa 彈性模量之間的泡沫塑料稱為半硬質(zhì)泡沫塑料。密度為cm 3，氣體／固體發(fā)泡倍率為 ～ 的稱為中發(fā)泡泡沫塑料；密度為 但也有把發(fā)泡倍率5 的稱為低發(fā)泡泡沫塑料，5 以上的稱為高發(fā)泡泡沫塑料。cm3。按泡孔結(jié)構(gòu)分類，可分為開孔和閉孔泡沫塑料。至于流體通過(guò)的難易程度與聚合物本身特性和開孔程度有關(guān)。實(shí)際的泡沫河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)論文2塑料中兩種泡孔結(jié)構(gòu)同時(shí)存在，即開孔結(jié)構(gòu)的泡沫塑料體內(nèi)帶有閉孔結(jié)構(gòu)，閉孔結(jié)構(gòu)的泡沫塑料體內(nèi)帶有開孔結(jié)構(gòu)。常見五大泡沫塑料為有聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、脲甲醛(UF) 。泡沫塑料中有大量氣泡存在，其密度一般為 3，為非發(fā)泡塑料制品的幾至幾十分之一。(3)隔熱性優(yōu)良。此外，泡沫塑料中氣體相互隔離，也減少了氣體的對(duì)流傳熱，有利于提高泡沫塑料的隔熱性。泡沫塑料隔音效果一是通過(guò)吸收聲波能量，使聲波不能反射傳遞；二是通過(guò)消除共振，減少噪音來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于泡沫塑料密度低，機(jī)械強(qiáng)度隨發(fā)泡倍數(shù)增加而下降，一般認(rèn)為微孔或小孔發(fā)泡的泡沫塑料強(qiáng)度高。新型泡沫塑料是在傳統(tǒng)泡沫塑料的基礎(chǔ)上根據(jù)成型技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，具有代表性的是微孔塑料 [6]和“泡中泡復(fù)合聚氨酯泡沫塑料 [7]。聚氨酯泡沫塑料的分類方法有多種，按泡沫塑料的性能及應(yīng)用范圍，一般可分為 [8]：(1)軟質(zhì)泡沫塑料泡孔多為開孔、具有一定柔軟度和透氣性、具有一定的抗負(fù)荷能力、河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)論文3具有形變可逆性的聚氨酯泡沫。(2)硬質(zhì)泡沫塑料其制品質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、熱導(dǎo)率低、材料、夾芯層合板。硬泡沫中加入玻璃纖維或空芯微球等增強(qiáng)物制成的增強(qiáng)泡沫塑料，是一種理想的“ 合成木材”，可進(jìn)行二次加工或模塑成型，可制作家具或其他制品。(4)特種泡沫塑料其產(chǎn)品性能滿足各種特殊使用要求，品種有以下幾種：表 11 特種聚氨酯泡沫塑料分類及特性名稱 特性及用途超低密度泡沫塑料超低密度軟質(zhì)泡沫塑料的密度在 ?cm3 以下，超低密度硬質(zhì)泡沫塑料的密度在 ?cm3 以下，適合用作包裝襯墊和隔熱材料，制作成本低，性能好超柔軟泡沫塑料 手感柔軟，適用于衣服內(nèi)襯等親水/親油軟質(zhì)泡沫塑料吸水或吸油性好，可用于吸水，廢油回收或浮油消除的吸油材料低發(fā)煙性阻燃泡沫塑料 具有耐燃，自熄，燃燒時(shí)煙氣少高尺寸穩(wěn)定性泡沫塑料 在高濕度和溫度變化下，制品的尺寸變化率較小高回彈泡沫塑料耐壓縮性好，回彈率高，壓縮永久變形小，特別適合于沙發(fā)、車輛坐墊、床墊等河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)論文4微孔泡沫塑料 制品耐磨性、耐油性與耐候性好，適合作鞋底材料 聚氨酯泡沫塑料的發(fā)展歷史1937年德國(guó)Otto Bayer教授首先發(fā)現(xiàn)多異氰酸酯與多元醇化合物進(jìn)行加聚反應(yīng)可制得聚氨酯，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用，英美等國(guó)1945～1947年從德國(guó)獲得聚氨酯樹脂的制造技術(shù)于1950年相繼開始工業(yè)化。1956年和1957年以環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷為原料合成的聚醚多元醇在美國(guó)出現(xiàn)，由于聚醚多元醇結(jié)構(gòu)變化多、品種多，用聚醚多元醇制備的聚氨酯性能可改變的范圍大，能滿足不同要求。1957年ICI公司開發(fā)了二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)為原料的聚酯型硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。到1960年軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)45000t。用它制備的聚氨酯改性的聚異氰脲酸酯硬質(zhì)泡沫塑料于1967年投入應(yīng)用。玻璃纖維增強(qiáng)的聚異氰脲酸酯泡沫塑料于80年代開發(fā)成功。80 年代后期聚氨酯工業(yè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為尋求既能為保護(hù)環(huán)境所接受，又不使傳統(tǒng)聚氨酯產(chǎn)品因質(zhì)量受損或成本上升過(guò)多而失去競(jìng)爭(zhēng)力的 CFC 替代產(chǎn)品進(jìn)行巨大的工作，從替代品的選擇、生產(chǎn)到應(yīng)用技術(shù)的研究和開發(fā)以及聚氨酯制成品的性能考核，經(jīng)過(guò) 10 余年的努力，取得了顯著的進(jìn)展?，F(xiàn)在正在繼續(xù)尋找 ODP(臭 氧 消耗 潛 值 ， 用 于 考 察 物 質(zhì) 的 氣 體 散 逸 到 大 氣 中 對(duì) 臭 氧 破 壞 的 潛 在 影 響 程 度 。 )值為零的發(fā)泡劑，為 2022 年基本停止使用 HCFC 發(fā)泡劑進(jìn)行研究，取得進(jìn)展。由于過(guò)去多年聚氨酯工業(yè)在采用新技術(shù)、新原料、新加工設(shè)備等方面進(jìn)行了很有成效的工作，聚氨酯工業(yè)在面臨著種種困難的面前仍能保持良好的發(fā)展勢(shì)頭 [9]。 聚氨酯泡沫塑料的合成與制備 合成的基本反應(yīng)聚氨酯是通過(guò)加成聚合反應(yīng)制成的。這些反應(yīng)先后或同時(shí)發(fā)生，并且互相影響。(2)異氰酸酯與水反應(yīng)，先加成形成不穩(wěn)定的氨基甲酸，然后分解成二氧化碳和胺。上述反應(yīng)屬于鏈增長(zhǎng)反應(yīng)，還伴隨二氧化碳的生成。(3)脲基甲酸酯反應(yīng)，氨基甲酸酯基團(tuán)中氮原子上的氫與異氰酸酯反應(yīng)，形成脲基甲酸酯。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)論文7上述兩項(xiàng)反應(yīng)均屬于交鏈型反應(yīng)，一般說(shuō)來(lái)，反應(yīng)速率較慢，在沒(méi)有催化劑存在下，需在110—130℃下，則反應(yīng)速率較快。綜合上述四種反應(yīng)概括起來(lái)有下列三種類型即：鏈增長(zhǎng)反應(yīng)、氣體發(fā)生反應(yīng)和交鏈反應(yīng)。在催化劑存在時(shí)，有的反應(yīng)甚至在幾分鐘內(nèi)即能大部分完成。 泡沫體的形成過(guò)程在泡沫形成的過(guò)程中，水與異氰酸酯反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，氣體吸熱膨脹在混合物中形成氣泡，氣泡受熱膨脹變大，使得聚合物膨脹，同時(shí)，隨著聚合反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，鏈增長(zhǎng)和交聯(lián)反應(yīng)使得氣泡壁漸漸固化失去流動(dòng)性。（1）氣泡的產(chǎn)生和穩(wěn)定原料在混合后幾秒內(nèi)開始反應(yīng)，同時(shí)伴隨著大量二氧化碳?xì)怏w的產(chǎn)生，液相中氣體濃度迅速增加，并達(dá)到飽和，于是氣體開始逸出并在液體中形成氣泡，逸出大量氣體，使得液相里的氣體濃度降低，當(dāng)氣體濃度低于飽和濃度的時(shí)候，不再有氣體逸出，就不再產(chǎn)生新的氣泡。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)論文8 由以上觀點(diǎn)可以了解到泡沫穩(wěn)定劑對(duì)氣泡形成及穩(wěn)定的重要作用，它一方面具有乳化作用，使得原料各組分間的互溶性增強(qiáng)。（2）泡沫體的形成氣泡形成的時(shí)候，混合物里的氣體不斷溢出擴(kuò)散到氣泡里以及氣泡里的氣體吸收反應(yīng)產(chǎn)生的熱量使得氣體膨脹，氣泡就不斷脹大，隨即氣泡開始上升。在這種情況下，表面活性劑的特性就是在氣液界面形成一個(gè)表面活性層，該活性層的粘度高于液體本體，如此一來(lái)，氣泡液膜就有一定的伸縮彈性和較高的粘度。隨著反應(yīng)的繼續(xù)，氣泡不斷變大，那層表面活性層的彈性和粘度都在降低，如果反應(yīng)控制得當(dāng)，就能得到閉孔結(jié)構(gòu)或者開孔結(jié)構(gòu)的泡沫塑料 [9]。該法特點(diǎn)是由于預(yù)聚體已有一定粘度，涉及反應(yīng)較為單一，故發(fā)泡時(shí)較易控制，但工藝較復(fù)雜。其特點(diǎn)可以調(diào)節(jié)發(fā)泡體系中的物料粘度，較適用于制造硬質(zhì)泡沫塑料。要得到泡沫孔徑均勻和性能優(yōu)良的泡沫體，必須采用復(fù)合催化劑和控制合適的條件使這二種反應(yīng)得到較好的協(xié)調(diào)。上述二種不同制造方法的基本反應(yīng)是相同的，只是先后次序不同而已 [9]。聚氨酯的性能同其他高分子聚合物一樣取決于它的相對(duì)分子量大小及分布、分子間的有效引力、分子鏈節(jié)的柔性和交聯(lián)度等等 [9]。但是當(dāng)分子量達(dá)到一定數(shù)值后這些變化不太明顯。（2）分子間引力大分子間引力的大小取決于分子間的氫鍵，極化度和偶極矩的影響，這些都是范德華力的組成部分之一。但是由于聚氨酯分子量比較高，范德華力確能起到相當(dāng)大的作用。（3）分子鏈節(jié)聚氨酯內(nèi)部不能旋轉(zhuǎn)的鏈節(jié)可以讓聚合物變硬，引入剛性鏈節(jié)可以提高聚氨酯的熔點(diǎn)，玻璃化溫度，硬度和強(qiáng)度等等。聚氨酯根據(jù)引入不同性能的鏈節(jié)從而形成不同性能的軟硬塑料制品。交聯(lián)是一種立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，聚氨酯就是該種類型。因此，交聯(lián)度也是影響聚氨酯塑料性能的重要因素之一。 氣泡對(duì)聚氨酯塑料性能的影響（1）密度 Goods[11]等對(duì)硬質(zhì)閉孔聚氨酯泡沫塑料泡沫密度與模量和壓縮強(qiáng)度關(guān)系的的研究表明顯示模量與密度之間呈指數(shù)關(guān)系；Miller [12]等人對(duì)聚氨酯密度與壓縮強(qiáng)度關(guān)系表明，壓縮強(qiáng)度與密度的平方成正比。這樣會(huì)使泡沫塑料呈現(xiàn)各向異性。劉際偉 [14]等也研究了硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的力學(xué)性能各向異性以及模塑發(fā)泡模具的形狀對(duì)力學(xué)性能各向異性的影響，發(fā)現(xiàn)在發(fā)泡方向上的力學(xué)性能明顯優(yōu)于垂直方向，并且泡沫塑料的各向異性程度隨模具長(zhǎng)徑比的增大而提高?？讖竭^(guò)大，其抗壓能力就會(huì)降低。（3）孔結(jié)構(gòu)氣孔的開閉都會(huì)影響泡沫塑料的性能。 原料對(duì)聚氨酯塑料的影響 多異氰酸酯多異氰酸酯是聚氨酯塑料的主要原料之一，聚氨酯泡沫塑料用的多異氰酸酯主要為亞甲基多苯基多異氰酸酯（粗 MDI、PAPI ）和甲苯二異氰酸酯（TDI ）兩大系列。粗 MDI 具有較輕的生理危害性，而且品種多樣，能應(yīng)用于多領(lǐng)域，故粗 MDI 是聚氨酯塑料的主料之一 [10]。金緒剛、薛啟濤等在研制硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)的時(shí)候發(fā)現(xiàn) [15]，PAPI 用量過(guò)多，泡沫會(huì)發(fā)脆，粘結(jié)力下降；相反 PAPI 用量少，泡沫抗壓強(qiáng)度低，易收縮。黑料多了，多余的黑料不參加發(fā)泡，會(huì)自然析出，造成浪費(fèi)。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)論文12 多元醇聚醚多元醇是聚氨酯泡沫塑料用量最大的多元醇。主要參考分子量和官能團(tuán)數(shù)，這兩個(gè)參數(shù)直接影響聚合物的交聯(lián)度。發(fā)現(xiàn)接枝聚醚可以提高聚氨酯泡沫塑料硬度。機(jī)理是接枝在聚醚多元醇分子鏈上的丙烯腈會(huì)和其它分子鏈纏繞而產(chǎn)生所謂的“假性交聯(lián) ”，從而提高了泡沫制品的壓縮強(qiáng)度和其它機(jī)械強(qiáng)度。物理發(fā)泡劑一般是惰性的低沸點(diǎn)氟代烴或烴類化合物。與水和異氰酸酯反應(yīng)生成的二氧化碳相比，液態(tài)二氧化碳價(jià)格較低，只是發(fā)泡設(shè)備投資較大。這類化合物的 ODP 均為零。指出單獨(dú)用水做發(fā)泡劑時(shí)，在發(fā)泡過(guò)程中使發(fā)泡體系的粘度增加，流動(dòng)性下降，發(fā)熱量大，使泡沫內(nèi)溫度過(guò)高，容易燒心。謝海安 [22]等研究了水加入量對(duì)泡沫體拉伸強(qiáng)度的影響，提高加水量，可以獲得低密度的聚氨酯硬泡。在相同異氰酸酯指數(shù)情況下，泡沫體的沖擊強(qiáng)度隨加水量的增加而下降。低水量發(fā)泡時(shí)，氣泡發(fā)泡不足，尚處于核化階段即已固化，因而泡孔間的基體層較厚。由于膠體平衡被破壞，因而泡體的均勻性下降，并伴有收縮現(xiàn)象。 在 RPUF 配方中，發(fā)泡劑的種類和用量都對(duì)獲得理想硬泡起到非常關(guān)鍵的作用柏松等對(duì) RPUF 合成的全水的性能進(jìn)行了研究，劉新民等分析了發(fā)泡劑對(duì)多功能復(fù)合板用性能的影響，李力慶等對(duì)不同發(fā)泡劑的做了概述，孫剛等論述了 RPUF 泡沫塑料所用的發(fā)泡劑體系但上述研究缺乏對(duì) RPUF 的系統(tǒng)研究，特別是對(duì)其流變性能的研究較少。在發(fā)泡中，如何控制這兩個(gè)反應(yīng)的相對(duì)速度，使粘度增長(zhǎng)不至于過(guò)快、以充滿模具腔，是必須重視的問(wèn)題。故在聚氨酯泡沫塑料的制備中必須使用催化劑。所有催化劑對(duì)凝膠反應(yīng)和發(fā)泡反應(yīng)的催化活性是不同的。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料生產(chǎn)過(guò)程中，常常用兩種或者兩種以上的催化劑，這就是催化劑的協(xié)同效應(yīng)。謝海安等 [22]研究全水聚氨酯發(fā)泡體系時(shí)，對(duì)催化劑對(duì)氣孔結(jié)構(gòu)的影響做了研究。為了改進(jìn)泡沫的成型加工性，杲云等開發(fā)了延遲催化劑 [23]。叔胺類催化劑如三乙烯二胺與有機(jī)酸反應(yīng)生成的鹽，即成為延遲催化劑。它起著乳化泡沫物料，穩(wěn)定泡沫和調(diào)節(jié)氣孔的作用，增加各組分的互溶性，有助于氣泡的形成，控制氣孔的大小及均勻性，促使泡沫氣孔凝膠張力的平衡，使孔壁有彈性，能留住氣體，防止氣泡破裂。目前使用的泡沫穩(wěn)定劑多屬于有機(jī)硅表面活性劑，它的主要結(jié)構(gòu)是聚硅氧烷氧化烯烴嵌段共聚物，俗稱“ 硅油” 。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院畢業(yè)論文15 工藝條件對(duì)聚氨酯塑料性能的影響 發(fā)泡工藝對(duì)高回彈聚氨酯泡沫塑料發(fā)泡速率及泡孔結(jié)構(gòu)的影響王娜 [25]等采用新型聚合物聚醚多元醇 3628 和聚醚多元醇 330Ｎ與TM300 體系（TDI/MDI ）制備一種高回彈聚氨酯泡沫塑料。確定了最佳發(fā)泡工藝。該條件下所得聚氨酯泡沫塑料的開孔性較好，孔徑分布不均勻，回彈率可達(dá)到 60%?？捎糜诖矇|、枕頭、床靠、靠腰、交通工具座椅等墊材等 [1415]。泡沫塑料的性能如力學(xué)性能聲學(xué)性能隔熱性能等，都不同程度地與泡孔結(jié)構(gòu)有關(guān) [27]。各種助劑是聚氨酯泡沫塑料配方中必不可少的組分。王娜等的工作主要探討了催化劑、水、擴(kuò)鏈劑等對(duì)發(fā)泡速率和泡孔結(jié)構(gòu)的影響。溫度過(guò)低，難以得到性能良好的制品。特別是冬季施工，對(duì)加熱更重要 [1]。實(shí)驗(yàn)表明泡沫密度隨著恒壓時(shí)間增加而變大。恒壓 60s，泡沫中小孔比例大，但均一性較差，閉孔率高。恒壓 80s，泡沫開孔率好；恒壓100s，開孔率反而下降。壓力一方面抑制了氣泡的生長(zhǎng)，一方面使體系中的打泡破裂，壓力大小的影響將通過(guò)這兩方面表現(xiàn)出來(lái)。 濕度對(duì)泡沫體性能的影響 韋興文 [32]等發(fā)現(xiàn)濕度對(duì)黏彈力學(xué)性能有顯著的影響，隨