大豆油多元醇的合成及聚氨酯慢回弹泡沫性能的研究-硕士论文

北京化工大学 硕士研究生学位论文 日 期：二。一三年五月二十E l 北京化工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：幽日期：蛰盗S 叁丛里 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在一年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名：趟日期：垒! ；玺S 邑垫旦 学位论文数据集 中图分类号0 6 3 l学科分类号4 3 0 5 0 2 0 论文编号l 0 0 1 0 2 0 1 0 0 2 8 6密级公开 学位授予单位代码1 0 0 l O学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名王林瑞学号 2 0 1 0 0 0 0 2 9 0 获学位专业名称 化学 获学位专业代码 0 7 0 3 0 5 课题来源自选 研究方向 聚氨酯泡沫 论文题目 大豆油多元醇的合成及聚氨酯慢回弹泡沫性能的研究 大豆油多元醇、聚氨酯慢回弹泡沫、力学性能、透气性能、阻尼性能、 关键词 吸声性能 论文答辩曰期 2 0 1 3 5 2 4 + 论文类型基础研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师杜中杰教授北京化工大学高分子材料 评阅人1励杭泉教授北京化工大学高分子材料 评阅人2张晨教授北京化工大学高分子材料 答辩委员会主席 丁黎明研究员国家纳米中心纳米材料 功能性有机无机杂化 答辩委员1 李齐方教授北京化工大学及 复合材料的制备与性能 答辩委员2 陈广新教授北京化工大学有机无机纳米杂化材料 负离子聚合及弹性体制 答辩委员3 鲁建民副教授北京化工大学 备 聚酰亚胺薄膜的表面金 答辩委员4 齐胜利 副教授北京化工大学 属化研究 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( G B T1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中查 询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 大豆油多元醇的合成及聚氨酯慢回弹泡沫性能的研究 摘要 聚氨酯慢回弹泡沫( P U F ) 由于其优异的舒适性能，己被广 泛应用于家居用品、汽车、鞋材、医疗器械等领域，但是由于其自身 的闭孔结构，聚氨酯慢回弹泡沫的透气性能和阻尼吸声性能较差。本 文合成了一种大豆油多元醇，并将其应用于聚氨酯慢回弹泡沫中，以 提高其透气性能及阻尼吸声性能。 通过马来酸酐与大豆油反应合成了改性大豆油，然后用二甘醇 ( D E G ) 与改性大豆油在氢氧化钾( K O H ) 的催化下反应，合成了 大豆油多元醇。利用红外光谱( F T I R ) 对改性大豆油和大豆油多元 醇的结构进行了表征。利用马来酸酐转化率测试对合成改性大豆油的 反应温度、反应时间进行了研究，利用酸值、羟值测试对合成大豆油 多元醇的反应温度、反应时间、K O H 用量进行了研究。在此实验条 件的基础上，合成出了不同羟值的大豆油多元醇。 利用合成的大豆油多元醇制备了大豆油多元醇基聚氨酯慢回弹 泡沫。通过万能拉力机对大豆油多元醇基聚氨酯慢回弹泡沫的拉伸强 度、断裂伸长率及4 0 压缩硬度( C L D 4 0 ) 等力学性能进行了研究， 通过透气率测试和扫描电子显微镜( S E M ) 对大豆油多元醇基聚氨酯 慢回弹泡沫的透气性能进行了研究，通过动态热机械法( D M A ) 和 吸声系数测试对大豆油多元醇基聚氨酯慢回弹泡沫的阻尼性能和吸 北京化工大学硕士学位论文 声性能进行了研究。发现大豆油多元醇的使用会改善聚氨酯慢回弹泡 沫的透气性能阻尼性能及吸声性能，但会导致力学性能的下降。通过 增加发泡剂水用量或提高异氰酸酯指数，可以在大豆油多元醇基聚氨 酯慢回弹泡沫具有较高透气性能、阻尼性能及吸声性能的前提下，提 高其力学性能。 关键词：大豆油多元醇、聚氨酯慢回弹泡沫、力学性能、透气性能、 阻尼性能、吸声性能 A B S T R A C T S Y N T H E S I S0 FS o Y B E A No I LP o L y O LA N DS T U D Y O NT H EP R O P E I U ? Yo FP O I Y U R E T l L 岫 S C O E L A S T I CF o A M A B S T R A C T P o l y u r e t h a n ev i s c o e l a s t i cf o a m ( P UW F ) i sw i d e l yu s e di nh o m e f u r n i s h i n g ，a u t o m o b i l e ，s h o em a t e r i a la n dm e d i c a le q u i p m e n tb e c a u s eo f i t se x c e l l e n tc o m f o r t a b i l i t y B u tt h ea i rp e r m e a b i l i t y , d a m p i n ga n ds o u n d a b s o r p t i o np r o p e r t i e so fP U Fa r ev e r yb a db e c a u s eo fi t sc l o s e dc e l l s 仃u c t u 【r e I nt h i sa r t i c l e ，w es y n t h e s i z e dak i n do fs o y b e a no i lp o l y o la n d u s e di ti nP UV E Ft oi m p r o v ei t sa i rp e r m e a b i l i t y , d a m p i n ga n ds o u n d a b s o r p t i o np r o p e r t i e s M o d i f i e ds o y b e a no i lh a sb e e ns y n t h e s i z e db yt h ec h e m i c a lr e a c t i o n o fm a l e i ca n h y d r i d ea n ds o y b e a no i l S o y b e a no i l p o l y o lh a sb e e n s y n t h e s i z e db yt h ec h e m i c a lr e a c t i o no fm o d i f i e ds o y b e a no i la n dD E Gi n t h ec a t a l y s i so fK O H F T - I Rw a su s e dt oc h a r a c t e r i z et h es 仃u c n l r eo f m o d i f i e ds o y b e a no i la n dS o y b e a no i lp o l y 0 1 T h ec o n v e r s er a t eo f m a l e i c a n h y d r i d ew a su s e di nt h es t u d yo fm o d i f i e ds o y b e a no i l 。Sr e a c t i o n 北京化工大学硕士学位论文 t e m p e r a t u r e ，r e a c t i o nt i m e T h ea c i dv a l u ea n dh y d r o x y ln u m b e rw e r e u s e di nt h es t u d yo fs o y b e a no i lp o l y o l sr e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，r e a c t i o n t i m ea n da m o u n to fK O H W es y n t h e s i z e ds o y b e a no i lp o l y o li nd i f f e r e n t h y d r o x y ln u m b e r o nt h eb a s eo fa b o v ee x p e r i m e n tc o n d i t i o n W ep r e p a r e ds o y b e a no i lp o l y o l - b a s e dP U F w i t ht h es o y b c a no i l p o l y o la b o v e M a t e r i a l st e s t i n gm a c h i n e w a su s e di nt h es t u d yo fS o y b e a n o i lp o l y o l - b a s e dP UV E F st e n s i l es t r e n g t h ，e l o n g a t i o na n dC L D 4 0 A i r f l o wa n dS E Mw e r eu s e di nt h es t u a yo fS o y b e a no i lp o l y o l b a s e dP U V E F Sa i rp e r m e a b i l i t y D M Aa n dA b s o r p t i o nc o e f f i c i e n tt e s tw e r eu s e d i nt h es t u d yo fs o y b e a no i lp o l y o l - b a s e dP UV E F Sd a m p i n ga n ds o u n d a b s o r p t i o np r o p e r t i e s W ef o u n dt h a tt h ea i rp e r m e a b i l i t y , d a m p i n ga n d s o u n da b s o r p t i o np r o p e r t i e so fP U Fw e r ei m p r o v e d w h i l et h e m e c h a n i c a lp r o p e r t yo fP U V E Fw a sd e c r e a s e dw i t ht h eu s eo fs o y b c a n o i l p o l y 0 1 W ef o u n d t h a tt h em e c h a n i c a lp r o p e r t yo fP UV e Fw a s i n c r e a s e d ，w h i l et h ea i rp e r m e a b i l i t y , d a m p i n ga n ds o u n da b s o r p t i o n p r o p e r t i e so fP U V E Fw e r ea sg o o da sb e f o r ew i t ht h ei n c r e a s eo fw a t e r a n di s o c y a n a t ei n d e x K E YW O R D S ：s o y b c a no i lp o l y o l ，p o l y u r e t h a n ev i s c o e l a s t i cf o a m ， m e c h a n i c a l p r o p e r t y , a i rp e r m e a b i l i t y , d a m p i n gp r o p e r t y , s o u n d a b s o r p t i o np r o p e r t y I I 目录 目录 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 聚氨酯慢回弹泡沫i 1 2 I 聚氨酯泡沫的基本反应2 1 2 2 聚氨酯慢回弹泡沫的结构3 1 2 3 聚氨酯慢回弹泡沫的制备工艺4 1 2 4 聚氨酯慢回弹泡沫的性能4 1 2 5 聚氨酯慢回弹泡沫的应用及研究现状9 i 3 植物油多元醇1 0 i 3 I 植物油环氧化及其羟基化1 I 1 3 2 植物油醇解1 2 I 3 3 植物油烷氧基化1 2 1 3 4 植物油羰基化及其加氢1 3 1 4 本文的研究内容和意义1 4 I 4 1 课题目的和意义1 4 1 4 2 课题研究内容1 4 第二章实验部分1 7 2 I 实验原料，1 7 2 2 实验仪器与设备1 7 2 3 大豆油多元醇的合成1 8 2 4 大豆油多元醇基聚氨酯慢回弹泡沫的制备方法1 8 2 5 测试与表征1 9 2 5 1 甲苯一水萃取分液测试马来酸酐的转化率1 9 2 5 2 羟值滴定1 9 2 5 3 酸值滴定2 0 2 5 4 红外表征2 0 2 5 5 万能拉力机测试2 0 北京化工大学硕士学位论文 2 5 6 透气率测试2 1 2 5 7 扫描电子显微镜2 1 2 5 8 动态热机械分析2 l 2 5 9 双通道驻波管测试仪2 1 第三章结果与讨论2 3 3 i 改性大豆油的合成及马来酸酐转化率的控制2 3 3 1 1 改性大豆油的合成2 3 3 1 2 马来酸酐转化率的控制2 4 3 1 3 小结2 6 3 2 大豆油多元醇的合成及酸值和羟值的控制2 7 3 2 1 大豆油多元醇的合成2 7 3 2 2 酸值和羟值的控制2 8 3 。2 3 不同种类大豆油多元醇的合成。3 l 3 2 4 小结3 1 3 。3 不同大豆油多元醇用量聚氨酯慢回弹泡沫的性能研究3 2 3 3 i 透气性能研究3 2 3 3 2 阻尼及吸声性能研究。3 3 3 3 3 力学性能研究3 5 3 3 4 小结3 7 3 4 不同水量聚氨酯慢回弹泡沫的性能研究3 7 3 4 1 发泡剂水对透气性能的影响3 7 3 4 2 发泡剂水对阻尼吸声性能的影响3 9 3 4 3 发泡剂水对力学性能的影响4 1 3 4 4 小结4 2 3 5 不同异氰酸酯指数聚氨酯慢回弹泡沫的性能研究4 2 3 5 1 异氰酸酯指数对透气性能的影响4 3 3 5 2 异氰酸酯指数对阻尼吸声性能的影响4 4 3 5 3 异氰酸酯指数对力学性能的影响4 5 3 5 4 小结4 7 第四章结论4 9 目录 致谢5 5 作者及导师简介5 9 I l l C o n t e n t s C h a p t e r1I n t r o d u c t i o n 1 1 1Q u o t a t i o n 1 1 2P o l y u r e t h a n eV i s c o e l a s t i cf o a m 1 1 2 1B a s i cr e a c t i o no f P o l y n r e t h a n eV i s c o e l a s t i cf o a m 2 1 2 2S t r u c t u r eo f P o l y u r e t h a n eV i s c o e l a s t i cf o a m 。3 1 2 3C r a f to f P o l y u r e t h a n eV i s c o e l a s t i cf o a m 4 1 2 AP r o p e r t yo f P o l y u r e t h a n eV i s c o e l a s t i cf o a m 。4 1 2 5A p p l i c a t i o na n dc u r r e n ts i t u a t i o no f P o l y u r e t h a n eV i s c o e l a s t i cf o a m 9 1 3V e g e t a b l eo i lp o l y o l 。1 0 1 3 1E p o x i d a t i o na n d h y d r o x y l a t i o no f v e g e t a b l eo i lp o l y 0 1 1 0 1 3 2 A l c o h o l y s i so f v e g e t a b l eo i lp o l y 0 1 。1 1 1 3 3O x y a l k y l a t i o no f v e g e t a b l eo i lp o l y o l 1 2 I 3 4C a r b o n y l a t i o na n dh y d r o g e n a t i o no f v e g e t a b l eo i lp o l y o l 1 3 1 4S t u d yc o n t e n ta n ds i g n i f i c a t i o no f t h i ss u b j e c t 13 1 4 1P u r p o s ea n ds i g n i f i c a t i o no f t h i ss u b j e c t 1 3 1 4 2S t u d yc o n t e n to f t h i ss u b j e c t 。1 4 C a p t e r 2E x p e r i m e n t s ，1 7 2 1E x p e r i m e n t a lm a t e r i a l s 1 7 2 2I n s t r u m e n t sa n dd e v i c e s 1 7 2 3S y n t h e s i so f v e g e t a b l eo i lp o l y o l 18 2 4P r e p a r a t i o nm e t h o d so fS o y b e a no i lp o l y o l b a s e dP UV E F 18 2 5C h a r a c t e r i z a t i o nm c t h o d s 1 9 2 5 1 C o n v e r tr a t i oo f m a l e i ca n h y d r i d e 19 2 5 2H y d r o x y ln u m b e rt i t r a t i o n 2 0 2 5 3A c i dv a l u et i t r a t i o n 2 0 2 5 4F T - I R 2 1 2 5 5M a t e r i a l sT e s t i n gM a c h i n e 2 1 2 5 6A i rf l o wt e s t 2 2 北京化工大学硕士学位论文 2 5 7S E M 一2 2 2 5 8D M A 2 2 2 5 9S t a n d i n gw a v et u b et e s t e rw i t hd u a lc h a n n e l 2 2 C a p t e r 3R e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 2 3 3 1S y n t h e s i so f S O M Aa n dc o n t r o lo f m a l e i ca n h y d r i d e Sc o n v e r s i o nr a t i o 2 3 3 1 1S y n t h e s i so f S O M A 2 3 3 1 2C o n t r o lo f m a l e i ca n h y d r i d e Sc o n v e r s i o nr a t i o 2 4 3 I 3S u m m a r y 2 6 3 2S y n t h e s i so f S O Pa n dc o n t r o lo f a c i dv a l u ea n dh y d r o x y ln u m b e r 2 7 3 2 1S y n t h e s i so f d i f f e r e n tS O P ，2 7 3 2 2C o n t r o lo f a c i dv a l u ea n dh y d r o x y ln u m b e r 2 8 3 2 3S y n t h e s i so f d i f f e r e n tk i n d so f S O P ，3 1 3 2 4S u m m a r y ，。，3 1 3 3R e s e a r c ho nt h ep r o p e r t yo f P UV E F 3 2 3 3 1A i rp e r m e a b i l i t v 3 2 3 3 2D a m p i n ga n ds o u n da b s o r p t i o np r o p e r t y 3 4 3 2 。3M e c h a n i c a lp r o p e r t y 。3 6 3 3 4S u m m a r y ，3 7 3 4R e s e a r c ho nt h ep r o p e r t yo fS O P - b a s e dV E Fa td i f f e r e n ta m o u n to fw a t e r 3 7 3 4 1I n f l u e n c eo f a i rp e r m e a b i l i t ya td i f f e r e n ta m o u n to f w a t e r 3 8 3 4 2I n f l u e n c eo fd a m p i n ga n ds o u n da b s o r p t i o na td i f f e r e n ta m o u n to fw a t e r 3 9 3 4 3I n f l u e n c eo f m e c h a n i c a lp r o p e r t ya td i f f e r e n ta m o u n to f w a t e r 4 1 3 4 4S u m m a r y 4 3 3 5R e s e a r c hO nt h ep r o p e r t yo f S O P - b a s e dV E Fa td i f f e r e n ti s o c y a n a t ei n d e x 一4 3 3 5 1I n f l u e n c eo f a i rp e r m e a b i l i t ya td i f f e r e n ti s o c y a n a t ei n d e x ，4 3 3 5 2I n f l u e n c eo f d a m p i n ga n ds o u n da b s o r p t i o na td i f f e r e n ti s o c y a n a t ei n d e x 4 5 3 5 3I n f l u e n c eo f m e c h a n i c a lp r o p e r t ya td i f f e r e n ti s o c y a n a t ei n d e x 4 6 3 5 4S u m m a r y 。，。，。，。，。4 8 C a p t e r 4C o n c l u s i o n 。，。，4 9 R e f e r e n c e s ，。，5 1 l l C O N T E N T S A c k n o w l e d g e m e n t s 5 5 P u b l i c a t i o n s 5 7 I n t r o d u c t i o no fa u t h o ra n da d v i s o r 。5 9 I I I 符号说明 P U F M D I V O C C a s e C U ) 4 0 A i r f l o w M A S 0 S O M A S O P 符号说明 聚氨酯 慢回弹泡沫 二苯基甲烷二异氰酸酯 可挥发性有机化合物 涂料、胶黏剂、密封胶、弹性体 4 0 压缩硬度，K P a 透气率，L m 酊1 马来酸酐 大豆油 马来酸酐改性大豆油 大豆油多元醇 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 聚氨酯慢回弹泡沫，又称聚氨酯粘弹性泡沫，由于其独特的分子结构，近年 来已被广泛应用于家居用品、汽车、鞋材、医疗器械等领域1 1 】。 目前，用于制备聚氨酯泡沫的多元醇多为石油基的聚醚多元醇，仅有少量植 物油多元醇用于聚氨酯硬泡及C a s e 。据报道，合成植物油多元醇的方法主要有： 植物油环氧化、羟基化：植物油醇解；植物油烷氧基化；植物油羰基化、加氢等。 尽管前人通过上述方法合成了植物油多元醇，但各种方法都有着各自的缺点，从 而限制着其应用。例如，植物油羰基化、加氢法合成工艺中的反应较为复杂，产 物的分子量、羟值等性能较难控制。本论文旨在通过一种新的合成方法，得到植 物油多元醇，并将其应用于聚氨酯慢回弹泡沫中。 聚氨酯慢回弹泡沫按其异氰酸酯组分的不同分为M D I 基聚氨酯慢回弹泡沫 和T D I 基聚氨酯慢回弹泡沫。与T D I 基聚氨酯慢回弹泡沫相比，M D I 基聚氨酯 慢回弹泡沫在工艺技术和环保方面都有一定的优势。M D I 反应活性较高，可以 减少催化剂用量，从而降低了泡沫的V O C 。另外，M D I 的蒸汽压较低，为T D I 的1 2 5 0 0 ，在储存、运输和生产过程中都较为方便t 2 | 。在欧洲，聚氨酯慢回弹泡 沫有4 0 以上以M D I 为原料，而在中国仅有5 为M D I 基聚氨酯慢回弹泡沫。 在聚氨酯慢回弹泡沫的研究中，性能的提高是研究的重点，其中，聚氨酯慢回弹 泡沫的性能主要包括以下几个方面：力学性能、透气性能、阻尼性能和吸声性能 等。 1 2 聚氨酯慢回弹泡沫 聚氨酯( P u ) 慢回弹泡沫( V E F ) ，又称粘弹性泡沫或形状记忆泡沫，是继 普通海绵和高回弹海绵之后新一代的高舒适海绵。上世纪6 0 年代，美国航天总 局( N A S A ) 最早开发出了聚氨酯慢回弹泡沫，并将其应用于航天员座椅。可以 通过慢回弹泡沫，减轻航天工作中产生的压力，为航天员提供更为舒适的座槲引。 慢回弹泡沫和G P S ( 全球卫星定位) 被并称为航天科技的两大发明。 聚氨酯慢回弹泡沫由于其独特的分子结构，具有较高的舒适性能。当受到一 定压力时，聚氨酯慢回弹泡沫会随着压力而改变形状，使压力平均分布，减少局 部受力点；压力释去后，其形状又缓慢恢复到原状睁5 1 。慢回弹泡沫在欧美及亚 洲的日本和韩国非常流行，从原料供应到产品开发都在不断地投入。2 0 1 0 年中 北京化工大学硕士学位论文 国慢回弹泡沫的生产量已达1 0 万吨年，年增长率在1 5 以上，主要出口至欧美 日等发达国家，而北美地区产量高达1 5 万吨，其人均产量及消费量均远高于中 国，可见中国未来市场的发展潜力巨大。 1 2 1 聚氨酯泡沫的基本反应 聚氨酯泡沫的合成过程中一般伴随着三类化学反应：链增长反应、气体发生 反应和交联反应。一般聚氨酯泡沫的制备过程中都伴随着这三类反应，三类反应 的反应速度对聚氨酯泡沫的性能有重要的影响。 ( 1 ) 链增长反应 链增长反应不仅是制备聚氨酯泡沫的主反应，在所有聚氨酯弹性体、胶黏剂 的制各过程中也会发生类似的链增长反应，具体反应如下： R N C o + R o H _ 凰N H C O O R 般的强碱、碱性化合物以及金属化合物都会对此类链增长反应起到较强的 催化效果，而酸性条件下一般会减缓此类链增长反应。大多数多元醇物质具有一 定的酸度，在常温下与异氰酸酯( R N C O ) 反应极为缓慢，因此在制各聚氨酯泡 沫时一般会加入胺类或锡类催化剂以加速链增长反应。 ( 2 ) 气体发生反应 聚氨酯泡沫主要通过气体发生反应产生气体，以得到泡孔均匀的泡沫塑料， 具体反应如下： R N C O + H 2 0 - - , R N H C O O H - - * R N H 2 + C 0 2 异氰酸酯与水的反应是合成聚氨酯泡沫过程中非常重要的反应之一，在反应 中产生C 0 2 气体，从而得到均匀的泡孔。异氰酸酯与水的反应速度对聚氨酯泡 沫的性能有重要的影响，因此一般通过加入催化剂的方式调整异氰酸酯与水的反 应速度，以得到性能优异的聚氨酯泡沫。正是由于异氰酸酯可以和水发生反应， 在其贮藏过程中，应避免其与空气中水的接触。 ( 3 ) 交联反应 由于异氰酸酯是一种非常活泼的化学物质，可以与许多基团发生反应。在聚 2 第一。章绪论 氨酯泡沫的合成过程中有许多交联反应发生，使聚氨酯泡沫具有较高的拉伸强 度，部分交联反应如下： R N C o + H 2 0 - - R _ N H C 0 0 H R N H 2 + C 0 2 R N F l 2 + R r N C o R N H C O N H R R ，1 N C O + R N H C O O R - o R N ( C O N H R “) C O O R R ，N C o + 砌q H C O N m t _ R N ( C O N 】恐，) C O 舳t 聚氨酯泡沫制备过程中交联反应的速度及反应程度对聚氨酯泡沫的力学性 能有重要影响。一般来说，交联剂的官能度越高、交联反应速度越快，得到的聚 氨酯泡沫的交联密度越高，聚氨酯泡沫的拉伸强度越高。但同时，随着交联密度 的提高，分子链的运动能力下降，导致聚氨酯泡沫的断裂伸长率会有所下降。因 此，考虑到聚氨酯泡沫的综合力学性能，一般选用合适的交联剂，并采用催化剂 对其交联反应速度进行调整，以达到综合力学性能较高的聚氨酯泡沫。 典型聚氨酯泡沫结构旧如图1 1 所示，其中，硬段为异氰酸酯和扩链剂形成 的区域，或异氰酸酯和水形成的聚脲富集区域：软段为聚醚多元醇或聚酯多元醇 区域；另外，有部分聚脲会溶到软段当中，形成混合相区域。由于上述软硬段结 合的特殊结构，聚氨酯泡沫是一种既具有柔性又具有刚性的泡沫塑料。硬段使聚 氨酯泡沫具有一定的硬度和拉伸强度，软段又使聚氨酯泡沫具有较好的弹性及伸 长率。 硬段 软段 + 图1 - 1 聚氨酯泡沫结构示意图 F i g 1 - 1T h es t r u c t u r eo f P Uf o a m 3 北京化工大学硕士学位论文 聚氨酯泡沫区别于其它聚氨酯制品的特点是其蜂窝状的泡孔结构。正是由于 泡孔的存在，其密度远远低于弹性体、胶黏剂等其它聚氨酯材料。聚氨酯慢回弹 泡沫是一种比较闭孔的聚氨酯泡沫，由于这种泡孔结构导致了其回弹速度较慢的 特点。 1 2 3 聚氨酯慢回弹泡沫的制备工艺 聚氨酯慢回弹泡沫按其成型工艺，可分为模塑型聚氨酯慢回弹泡沫和自由聚 氨酯慢回弹泡沫，图1 2 为聚氨酯慢回弹泡沫的制备工艺图。首先，将多元醇、 催化剂、发泡剂、均泡剂及其它助剂混合为A 组分，异氰酸酯为B 组分。将A 、 B 组分混合搅拌后倒入模具或发泡箱，经过一定反应时间后得到聚氨酯慢回弹泡 沫。一般来说，模塑发泡工艺用来制作枕头、鞋垫等体积较小的制品，自由发泡 工艺用来制作床垫等体积较大的制品。 混合糖梓 横臻发超 嚣_ 辩- 扣 多 B 曰一互 图1 2 聚氨酯慢回弹泡沫的制备工艺 F i g 1 - 2P r e p a r a t i o nt e c h n i c so fP UV E F 1 2 4 聚氦酯慢回弹泡沫的性能 ( 1 ) 力学性能 力学性能是高分子功能材料必须具备的性能之一。聚氨酯慢回弹泡沫的力学 性z 日。匕l - , 主要通过拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度及C L D 4 0 等进行测试 7 - 8 】，其 中，C L D 4 0 是指将泡沫压缩至4 0 时的硬度。由于聚氨酯慢回弹泡沫较为柔软， 其硬度不易用常规硬度计进行测量，一般用压缩硬度表示。 4 第一章绪论 国内外的许多研究者通过不同的方法来提高聚氨酯慢回弹泡沫的综合力学 性能。R a y m o n dN t 9 l 等利用B A S F 的P L U R A C E L T M 技术开发出了一种在同等密 度下，拉伸强度和断裂伸长率都明显优于传统聚氨酯慢回弹泡沫的新一代聚氨酯 慢回弹泡沫，并将其应用于聚氨酯慢回弹床垫上。 D e n i s eB t l 0 1 等将D O W 特殊的V o r a n o l 多元醇技术应用于聚氨酯慢回弹泡沫 中，配合T D l 8 0 使用，可以减少催化剂的用量，得到力学性能优异，V O C 较低 的聚氨酯慢回弹泡沫。 T H i 瑚o 【l l 】等通过加入特殊的聚合物多元醇( P O P ) ，得到了压缩硬度大，拉 伸强度较高的聚氨酯泡沫。但是由于聚合物多元醇中含有较多的丙烯腈、苯乙烯 接枝物，导致其断裂伸长率有所下降。当P O P 加入量为1 5 时，综合力学性能 较好。 申宝兵【12 】等通过对发泡剂、硅油、开孔剂、T D I 指数的研究，得到了拉伸强 度、撕裂强度都较高的慢回弹块泡，并将这一技术应用于聚氨酯慢回弹床垫上。 其使用的慢回弹聚醚L 1 0 8 0 可同等量替代其它国外聚醚，并具有较好的力学性 能。 ( 2 ) 透气性能 透气性是气体对泡沫、薄膜、织物等高分子材料的渗透性，是评价高分子材 料舒适性能的重要指标之一。聚氨酯慢回弹泡沫的透气性尤为重要，良好的透气 性可以使聚氨酯慢回弹泡沫具有良好的散热空间。聚氨酯慢回弹泡沫的透气性可 以通过透气率来测试，透气率越高表明聚氨酯慢回弹泡沫的透气性越好。另外， 还可以通过扫描电子显微镜( S E M ) 对聚氨酯慢回弹泡沫的泡孔进行观察，从泡 沫的开闭孔情况判断其透气性的好坏I l 引。 B e r n a r dE t l 4 】等利用D O W 的B T g s s 技术，得到一种高透气率超柔软聚氨酯 慢回弹泡沫。表1 1 为使用B T g S S 技术制得的不同异氰酸酯指数的聚氨酯慢回 弹泡沫的透气率测试结果。采用此技术制作的聚氨酯慢回弹泡沫的透气率可高达 2 6 s c f