高化实验(新)

1、化工专业实验报告实验名称： 聚氨基甲酸酯泡沫塑料的制备 实验人员： 实验地点： 天津大学第11教学楼427室 实验时间： 2014年11月07日 班级/学号： 2011级材科一班11号 指导教师： 实验成绩： 实验四 聚氨基甲酸酯泡沫塑料的制备 聚氨酯是由异氰酸酯和羟基化合物通过逐步加聚反应得到的聚合物。它具有各方面的优良性能，因此得到广泛的应用。目前的聚氨酯产品有：聚氨酯橡胶、聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯人造革、聚氨酯涂料及粘结剂。其中以聚氨酯泡沫塑料的产量最大，由于它具有消音、隔热、防震的特点，主要用于各种车辆的坐垫、消音防震材料以及各种包装用途。 一、实验目的 熟悉多种不同密度软质和硬质聚氨酯

2、泡沫塑料的制备方法，了解聚氨酯泡沫塑料发泡的原理。对比软硬泡沫使用原料的不同，合理设计配方，掌握分析影响泡沫材料性能的工艺因素。二、实验原理聚氨酯泡沫的形成是一种比任何其它聚氨酯的形成都远为复杂的过程，除在聚合物系统中的化学和物理状态变化之外；泡沫的形成又增加了胶体系统的特点。要了解聚氨酯泡沫的形成，还须涉及气体发生和分子增长的高分子化学、核晶过程和稳定泡沫的胶体化学以及聚合体系熟化时的流变学。 聚氨酯泡沫的制造分为三种：预聚体法、半预聚体法和一步法。本实验主要采用一步法。一步法发泡即是将聚醚或聚酯多元醇、多异氰酸酯、水以及其他助剂如催化剂、泡沫稳定剂等一次加入，使链增长、气体发生及交联等反应

3、在短时间内几乎同时进行，在物料混合均匀后，110秒即行发泡，0.53分钟发泡完毕并得到具有较高分子量一定交联密度的泡沫制品。要制得泡沫孔径均匀和性能优异的泡沫，必须采用复合催化剂、外加发泡剂和控制合适的条件，使三种反应得到较好的协调。在聚氨酯泡沫制备过程中主要发生如下反应。 1预聚体的合成 由二异氰酸酯与聚醚或聚酯多元醇反应生成含异氰酸酯端基的聚氨酯预聚体。 OCNRNCO + HOOH OCN-R-NH-COOCOO-NH-R-NCO 2气泡的形成与扩链 异氰酸根与水反应生成的氨基甲酸不稳定，分解生成胺与二氧化碳，放出的二氧化碳气体在聚合物中形成气泡，并且生成的端氨基聚合物可与异氰酸根进一步

4、发生扩链反应得到含脲基的聚合物。 NCO + H2O NH-C-OH NH2 +CO2 扩链NH2 +NCO NHCNHO 3交联固化 异氰酸根与脲基上的活泼氢反应，使分子链发生交联，形成网状结构。聚氨酯泡沫塑料按其柔韧性可分为软泡沫和硬泡沫，主要取决于所用的聚醚或聚酯多元醇，使用较高分子量及相应较低羟值的线形聚醚或聚酯多元醇时，得到的产物交联度较低，为软质泡沫；若用短链或支链较多的聚醚或聚酯多元醇时，为硬质泡沫。根据气孔的形状聚氨酯泡沫可分为开孔型和闭孔型，可通过添加助剂来调节。乳化剂可使水在反应混合物中分散均匀，从而可保证发泡的均匀性；稳定剂可防止在反应初期泡孔结构的破坏。 主要影响因素如

5、表1所示。 三、仪器与原料 1仪器 烧杯、玻棒、台称、纸杯、烘箱。 2原料四、实验步骤 1将除甲苯二异氰酸酯外的组分按重量称取于一个纸杯中，然后加入一定重量的甲苯二异氰酸酯，迅速搅拌约30秒，观察发泡过程。 2室温静置20分钟后，将泡沫在90120烘箱中熟化1小时左右，移出烘箱冷至室温。 3按照高、中、低密度的三种配方各制备一次，若有失败，找出原因重做。 4将三种密度泡沫取样测试密度、抗张强度、撕裂强度、压缩强度和回弹性，测试所得各项性能列表对比。 5参考有关资料设计一个硬质聚氨酯泡沫的配方，根据设计的配方参照上面的实验步骤制备硬质聚氨酯泡沫：MDI 10g，N-450 10g，有机胺 4d，

6、三乙烯二胺 3d，有机锡 1d，水 3d。迅速搅拌约30秒，观察发泡过程，室温静置熟化。6. 游离异氨酸硝基含量的分析：称取0.2-0.2gTDI，于250ml干燥磨口瓶中，用移液管取20ml 0.2mol/L的二正丁基氯苯溶液，摇匀，放置20-30分钟，待反应完毕后，加入约20ml异丙醇。再加入3-4滴溴甲酚氯指示剂，用0.1mol/LHCl标准溶液滴至体系由蓝色变成黄绿色，即为终点。再于同样条件下做空白试验。-NCO%=（Vo-V1）NE/（1000W）*100%五、数据收集与处理泡沫塑料类型操作及现象硬质泡沫加料后搅拌，出现泡沫并变色后停止搅拌，静置观察；发泡迅速，放热，呈黄色，发泡完成

7、后变硬。软质泡沫加料后搅拌，出现白色泡沫后停止搅拌，静置观察；发泡较慢，放热，乳白色，粘质且较软。1. 理论计算预聚体和TDI原料异氰酸硝基团的含量。取TDI0.210g M=174 n(NCO)=0.210/174x2=2.41x10-3mol理论：-NCO%= nM/mx100%=48.28%2.计算实际测得TDI和-NCO的含量，并和理论值比较。 n=（V0-V1）c=2.374x10-3mol -NCO%=nM/mx100%=47.48%实测值低于理论值，原因可能谁取样过程中其他液体或空气中水蒸气消耗了原料中的-NCO，或反应仪器器皿未完全烘干等，另外也可能是反应不完全和各种系统误差造成的。六、思考题 1.预聚体遇水发生哪些反应？最终是否形成体型结构聚合物？ -N=C=O易和活泼氢发生加成反应，预聚体遇水转为氨基放出CO2，从而引发发泡。H2N-Q-NH2的氨基又含有活泼氢，可继续进攻其他链的异氰酸酯基，进行扩链反应成脲基，而主链上-NH-COO-又含有活泼氢，继续与其他-NCO基团反应，最终形成体型聚合物。 2.原料的结构、分子量对预聚体及泡沫体的性能有何影响？ 内聚能大，形成氢键多，材料的弹性模量、强度与硬度较大；分子量大，结晶性强，材料强