影响全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料性能的主要因素

1、钎癯建巍全国中文核心期刊影嫡全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑 hq-r能的主要因素肖力光，罗晶，张兵(吉林建筑工程学院材料科学与工程学院，吉林 长春 130021)摘要：研究影响全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料性能的几种因素，如异氰酸酯指数和发泡剂，并研究了用偶联剂 KH550处理玻璃微珠的方法对全水发泡硬质聚氨酯泡沫的微观形貌和压缩性能的影响。结果表明，加入经偶联剂表面处理的玻璃微珠使泡沫塑料的泡孔密度增加，泡孔直径变小，压缩强度增加。关键词：全水发泡；硬聚氨酯泡沫塑料；玻璃微珠；性能中图分类号：TU551文献标识码：A文章编号：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 试验部分聚氨酯硬泡具有优良的保温隔热性能，作为一种新型墙11 主要原料及助剂体保温材料，其在外墙外保温系统中的应用将推动建筑节能 4，4，一二苯基甲烷二异氰酸酯(粗 MDI)，工业品，黏度工程的发展，有利于实现新的建筑节能目标。但我国目前使 (25)为150 250mPaS，上海安宁化工科技有限公司；聚醚用的硬质聚氨酯泡沫的发泡剂大多为低沸点烃类化合物，该 多元醇

5、，工业品，牌号4100B，羟值：(420+20)mgKOHg，黏度类化合物是破坏臭氧层的元凶，而且易燃，使其在节能墙体中 (25)为(2500+50)mPaS，南京杰拉华聚氨酯有限公司。催的应用受到限制。研究发现，水是最廉价、最简便的发泡剂， 化剂三乙醇胺、二月桂酸二丁基锡，表面活性剂硅油，匀泡剂，且不燃、无毒，臭氧消耗能(ODP)为0，在发泡过程中与异氰 均为工业品；HCFC一141b；蒸馏水；中空玻璃微珠，粒径 10 酸酯反应生成脲 同时放出CO，放出的C0 残留在泡孔中起 250 m，堆积密度 008012gcm ，抗碎强度 1535MPa，到发泡的作用，是替代低沸点烃类化合物最好的发泡

6、剂。本 壁厚小于 1 m，长春建工集团提供。文采用水作发泡剂，添加经表面处理的玻璃微珠以增强聚氨 12 设备与仪器酯硬泡的力学性能。扫描电子显微镜，KYKY一2800B，中国科学院科学仪器厂；微机控制电子式万能试验机，WDW-20，吉林省金力实验技术有限公司；电动搅拌器，7312一I，转速 1006500rmin，上海标本基金项目：吉林省科技发展计划重大项目(20075016)模具厂制造；数显黏度计，NDJ一9s，上海精密科学仪器有限公建设部科技攻关项目(06一k514)司；导热系数测定仪，DRY一300F，天津弗瑞德科技有限公司。收稿日期：2008120813 手工发泡作者简介：肖力光，男，

7、1962年生，吉林长春人，博士，教授。地址：长春将定量的聚醚多元醇、硅油、催化剂和水加入到500mL塑市红旗街 1129号，1 E-lnl：xlg627163com。料杯中，用电动搅拌器搅拌均匀，向其中加入定量的MDI，快速NEW BOILDING MATERIAL557肖力光，等：影响全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料性能的主要因素Bd联好出混合10s左右，倒入模具中进行自由发泡，待物料涨定，约30 试验结果见图2。rain后开始拆模。熟化72h后测试密度、压缩强度等物性指标。14 性能测试方法压缩性能测试：将泡沫体去皮后取其芯部，参照 GB厂I1曼、 、881388制

8、成50minx50minx50mm的试样。称取试样质量后，计算其密度。在电子万能材料试验机上测其压缩性能，压姆缩速度为2mmmin。2 结果与讨论21 全水发泡聚氨酯泡沫的影响因素211 异氰酸酯指数对聚氨酯泡沫的影响在聚氨酯泡沫塑料的成型过程中，异氰酸酯与聚醚多元醇的比例很重要，它们的当量比称为异氰酸酯指数。异氰酸酯指数升高，会使泡沫密度下降、硬度增加，但泡沫熟化时间延长；异氰酸酯指数降低，则泡沫密度升高、硬度降低、泡沫熟化加快、流动性逐渐变差。异氰酸酯指数对泡沫压缩性能影响的试验结果见图1。伽蕈姗渤脚0图2 不同发泡剂对聚氨酯泡沫压缩强度的影响从图2可以看出，不同发泡剂对泡沫体的压缩强度影

9、响都是随着密度的增大而增大。但在密度相同的情况下，使用全水发泡泡沫的压缩强度最高。213 水用量对泡沫导热系数的影响(见表1)表 I 水用量对聚氨酯泡沫塑料导热系数的影响试样编号I 2 3 4 5 6水 (质量分数)05 07 10 15 20 30密度(kgm。)699856045857 97 50358 4523147647导热系数w(mK)】002500024300238 00226 00220一尺寸稳定性不变形不变形不变形不变形不变形收缩从表 1可看出，随着发泡体系中水用量的增加，反应产生的C0 量也随之增多，泡沫密度相应随之下降，实际应用中就是通过调节水用量来获取不同密度的泡沫。硬质

10、聚氨酯泡沫塑料的导热系数随水用量的增加而减小，这是由于水用量的增加使硬质聚氨酯泡沫塑料密度减小，泡孔壁变薄，使泡沫热传导图 1 异氰酸酯指数对聚氨酯泡沫压缩性能的影响作用减弱，导热系数降低 当水用量为3份时泡沫收缩，导致测通常使用的异氰酸酯分子中含有刚性结构的苯环，以及出的泡沫密度偏大。泡沫收缩的原因是水用量过大，放出CO反应生成的氨基甲酸酯、脲等强度较高，常将含有此类基团量偏大，导致泡孔成核数剧增，泡孔壁变薄，在固化过程中，c0的链称之为“硬链段”。因此，发泡时异氰酸酯指数越高，这种向外扩散速率比空气向泡沫内的扩散速率快，泡沫内压降低，刚性结构的硬链段的交联密度也越大，泡沫分子的内聚力也引起

11、泡沫收缩。试验结果表明9配方中水用量不宜超过2份。越强，故所得的泡沫常常表现出良好的压缩强度及尺寸稳定22 中空玻璃微珠增强聚氨酯泡沫性。但异氰酸酯指数也并非越大越好，当异氰酸酯指数增加玻璃微珠是一种新型无机填料，已开始大量应用于聚合到一定程度时，这种效果表现得并不是特别明显1】。同时，过物材料体系中四。它具有圆形结构，各向同性，易与树脂混合；高的异氰酸酯指数反而会增加泡沫的生产成本。本试验得出中空玻璃微珠密度小，在提高材料压缩性能的同时，几乎不增最佳异氰酸酯指数为102。加材料的密度 。212发泡剂对聚氨酯泡沫性能的影响将中空玻璃微珠加入到聚醚多元醇的混合物中，用高速 制备PU泡沫所使用的发

12、泡剂基本上分为2种类型，一搅拌机混合均匀，然后按化学计量配比把称量的MDI倒入混种是利用水与异氰酸酯反应放出CO作为起泡剂，即化学发合物中，迅速高速搅拌10s左右，待物料发白，迅速把物料倒泡莉；另一种是选用低沸点化合物，利用泡沫体系的反应热入模具中，待物料涨定，约 30min后开始拆模，取出样品。使之汽化发泡，即物理发泡剂2l221 中空玻璃微珠对反应组分黏疫的影响分别以全水发泡、HCFC一141b发泡、水与HCFC一141b混黏度是硬质聚氨酯泡沫成型过程中一个重要的成型加工合发泡3种不同体系，研究发泡剂用量与泡沫性能的关系，参数，黏度过大，流动性不够，会使泡沫在模腔中填充不满并58 新型建筑

13、材料20095肖力光，等：影响全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料性能的主要因素发生溢料现象同。中空玻璃微珠作为增强材料的加入，更容易引起体系的黏度过大，使填料很难在泡沫中分散均匀，从而影响了泡沫体的性能嘲。试验测试了环境温度为25时，不同玻璃微珠分散在聚醚多元醇中的黏度，结果见图3。U415中空玻璃微珠质量百分数图 3 中空玻璃微珠含量对聚醚多元醇黏度的影响从图3可以看出，随着玻璃微珠用量的增加，聚醚多元醇体系的黏度大幅度的增大。222 添加偶联剂处理的玻璃微珠对泡沫塑料泡孔结构的影响添加经硅烷偶联剂KH500表面处理的玻璃微珠对泡沫塑料的泡孔结构有一定的影响，图4为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结构的扫描电镜照片。 (a)未添加玻璃微珠(b)添加玻璃微珠图 4 聚氨酯泡沫塑料泡孔扫描电镜照片从图4可以看出，添加经偶联剂处理的玻璃微珠使泡孔呈球状，并且表面光滑，破损情况减少，材料泡孔逐渐减小。这是由于空心玻璃微珠粒径较小，当被引入聚氨酯基体后，在核化过程中一定程度上起到了成核剂的作用，增加了气泡的浓度，致使气泡孔径减小。22-3 经偶联剂表面处理的玻璃微珠对泡沫塑料压缩性能的影响玻璃微珠作为增强填料，用量越大，对耐压性能的贡献也越大。长时间放置后的玻璃微珠表面不新鲜，需进行处理，先用丙酮浸泡以除去玻璃微珠表面的油污，然后在 1lO条件下将其烘干，并将偶联剂 KH550

15、配成05(质量百分数)的水溶液，将烘干的玻璃微珠放入上述溶液中浸泡 10min，倒掉上层清液，最后在1l0干燥后置于干燥器中保存17。未经表面处理和经偶联剂表面处理的玻璃微珠对聚氨酯泡沫塑料压缩强度的影响见表2。表 2 玻璃微珠表面处理对泡沫塑料压缩性能的影响注：为空心玻璃微珠用量占聚醚多元醇的质量百分数；添加未用偶联剂表面处理的玻璃微珠的压缩强度；为添加经偶联剂表面处理的玻璃微珠的压缩强度。从表2可以看出，随着玻璃微珠用量的增加，压缩强度也随之增大，当玻璃微珠用量为 10时，增强泡沫塑料的压缩强度达到最大。玻璃微珠经表面处理后压缩强度明显增加，玻璃微珠用量为 10时，压缩强度提高了10以上。

16、这是因为加入表面处理的玻璃微珠使泡沫塑料的泡孔密度增加、泡孔直径变小，减少了材料内部的缺陷，玻璃微珠表面与树脂基体之间有较好的粘结，同时玻璃微珠在树脂基体中分散均匀。3 结 语当异氰酸酯指数为 1o2时，全水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料的压缩强度最大。配方中的用水量不宜超过2份，硬质聚氨酯泡沫塑料的导热系数随水用量的增加而降低。用偶联剂KH550处理玻璃微珠，能显著提高复合材料的力学性能，改善泡孔结构，提高界面之间的作用力。参考文献：【1 Ports C，ZannetiRDimensional stability of polyurethane rigidfoams blown with C 【J】Journal fo Cellular Plastics，1999，6(32)：514-530【2 朱吕民聚氨酯合成材料M南京：江苏科学技术出版社，2002【3 粱基照，李国耀玻璃微珠表 面处理对 LDPE增强 泡沫塑料拉伸性能的影响J复合材料学报，2000，17(1)：1922【4】李春娥，王政，文闻，等环氧树脂一聚酰胺一玻璃微珠体系的固化： J复合材料学报，2000，17(4)：11-14【5】 HutehisonJReactioninjectionmoldingofpolyurethanewith im-proved processin