水发泡密度影响因素
固体水和液体水密度-概述说明以及解释
固体水和液体水密度-概述说明以及解释1.引言1.1 概述水是地球上最常见的物质之一,它可以存在于固态、液态和气态。
在自然界中,我们最为熟悉的是液态水,而固体水则相对较少见。
固体水又被称为冰,它在自然界中广泛存在于冰川、冰雪、冰山和冰川中。
固体水和液体水具有不同的物理性质,其中密度是一个重要的性质。
密度是指单位体积内所含物质的质量,通常以克/立方厘米或千克/立方米来表示。
在研究固体水和液体水的密度时,我们需要考虑到不同的因素,如温度、压力和纯度等。
固体水的密度与液体水的密度存在一定的差异。
固体水在冰的结晶过程中,水分子形成了规则的晶格结构,导致了固体水的分子排列更为紧密,因而固体水的密度相对较高。
液体水的分子间距离较大,分子排列相对较为松散,因此液体水的密度相对较低。
本文将详细探讨固体水和液体水的密度,包括它们的定义、特点、影响因素以及实验测量方法。
同时,我们还将比较固体水和液体水的密度,分析它们之间的相关性,并探讨它们在实际应用中的意义和未来的研究方向。
通过深入探究固体水和液体水的密度,我们可以更好地理解水的性质和行为,并为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
1.2 文章结构本文将按照以下结构来探讨固体水和液体水的密度。
首先,将在引言部分对固体水和液体水的密度进行概述和介绍。
接下来,在正文部分,将分别详细探讨固体水和液体水的密度。
在2.1节,我们将讨论固体水的密度。
我们将首先给出固体水密度的定义和特点,然后介绍一些影响固体水密度的因素,最后将涉及实验测量固体水密度的方法。
在2.2节,我们将讨论液体水的密度。
同样地,我们将先给出液体水密度的定义和特点,接着探讨一些影响液体水密度的因素,并介绍实验测量液体水密度的方法。
在2.3节,我们将比较固体水和液体水的密度。
我们将进行相关性分析,探讨这两者之间的关系。
然后,我们将讨论固体水和液体水密度的实际应用,并探讨未来研究方向。
最后,在结论部分,我们将总结固体水密度的要点,总结液体水密度的要点,并对固体水和液体水密度的比较进行总结。
表面活性剂对起泡的影响和作用剖析
表面活性剂对起泡的影响和作用夏善慧应用化学0801 2008010744摘要:泡沫是气体分散在液体中的分散体系,其中气体是分散相,液体是分散介质。
泡沫属于热力学不稳定体系,泡沫的不稳定性在于体系具有较大的界面面积和较高的表面能,所以体系具有减少界面面积使其能量降到最低的自发趋势。
纯液体是不能形成气泡的,除非有表面活性物质存在。
能够起泡的表面活性物质主要有三类:表面活性剂、高分子聚合物和固体颗粒,本文就表面活性剂来进行研究。
关键词:泡沫,起泡性,稳定性,表面活性剂引言:由液体薄膜或固体薄膜隔离开的气泡聚集体称为泡沫。
啤酒、香槟、肥皂水、皂角或水溶液等在搅拌下形成的泡沫称为液体泡沫;面包、蛋糕、山药汁等弹性大的物质,以及饼干、泡沫水泥、泡沫塑料、泡沫玻璃等为固体泡沫。
在液体泡沫中,液体和气体的界面起着重要作用。
由液体和气体形成的泡沫称为两相泡沫,当其中有固体粉末时,例如在选矿时形成的泡沫称为多相泡沫。
因此,起泡现象与化学工业的各种过程及日常生活密切相关。
根据吉布斯吸附公式,在形成泡沫过程中,溶液中的表面活性剂吸附在气-液界面上。
在液体泡沫中,液体和气体的界面起着重要作用。
在液体泡沫中各气泡相交外形成所谓拉普拉斯交界,如图一的P点处。
根据拉普拉斯公式(Ap=2r/R),溶液中P 点的压力小于A点,故液体自发地从A向P处流动,于是液膜逐渐变薄,此过程称为泡沫排液过程,当液膜变薄到一定程度,便导致液膜破裂,泡沫破坏。
图一泡沫交界1.表面活性剂的起泡力和泡沫稳定性1.1.起泡力。
若将丁醇稀水溶液和皂角苷稀溶液分别置于试管并加以摇动,发现前者形成大量泡沫,后者形成少量泡沫,但丁醇水溶液泡沫很快消失,而皂角苷水溶液泡沫不易消失。
因此不能简单地讲哪种溶液起泡力好,因为起泡和泡沫稳定两者的标准是不同的。
由丁醇水溶液形成的稳定性小的泡沫,称为不稳定泡沫;由皂角苷水溶液形成的寿命长的泡沫,称为稳定泡沫。
起泡力的大小是以在一定条件下,摇动或搅拌时产生的泡沫多少来评定的。
水在不同温度下的密度差异
水在不同温度下的密度差异在自然界中,水是一种普遍存在的物质,对于地球上的生物和环境都具有至关重要的影响。
水的密度随着温度的改变而发生变化,这是因为温度影响了水分子之间的相互作用力。
本文将探讨水在不同温度下的密度差异,并对其产生的原因进行分析。
1. 低温下的水密度当温度下降时,水分子的动能减小,分子之间的作用力会增强。
这导致水分子之间的距离变短,使得单位体积内的分子数量增加,水的密度也随之增加。
例如,在0摄氏度的纯水中,水的密度为1克/立方厘米。
2. 高温下的水密度相比之下,当温度上升时,水分子的动能增加,分子之间的作用力减弱。
这使得水分子之间的距离增大,单位体积内的分子数量减少,从而导致水的密度减小。
这也是为什么热的水更容易浮于冷的水的原因之一。
3. 密度和水的物态转变水在不同温度下具有三种不同的物态,即固态、液态和气态。
在冰的温度下,水分子排列成了一个规则的晶体结构,使得水的密度较低。
然而,当温度超过0摄氏度时,冰会融化成液态水,密度会增加。
当温度升高到100摄氏度时,水开始沸腾并转化为气态水蒸气,密度进一步减小。
这说明密度随着温度的变化而发生了显著的变化。
4. 影响水密度的其他因素除了温度之外,还有其他因素可以影响水的密度,例如盐度和压力。
当水中溶解了盐或其他溶质时,由于溶质与水分子之间的相互作用力,水的密度会发生变化。
此外,压力的增加也会对水的密度产生影响,高压下的水密度会随之增加。
综上所述,水在不同温度下的密度差异是由于温度对水分子之间相互作用力的影响。
随着温度的升高,水的密度减小;而随着温度的降低,水的密度增加。
此外,水的密度还受到其他因素如盐度和压力的影响。
对于我们理解水的性质和在自然界中的运行机制具有重要意义。
水的密度和温度是否成正比关系
水的密度和温度是否成正比关系水的密度和温度之间存在一种复杂的关系,而非简单的正比关系。
本文将探讨水的密度与温度的变化规律,并解释其背后的原因。
1. 密度的定义和计算方法密度是指物质单位体积的质量,通常用公式ρ=m/V表示,其中ρ为密度,m为物质的质量,V为物质的体积。
2. 温度的影响温度是物质分子热运动的度量,温度增加会导致分子热运动加剧。
根据理想气体状态方程PV=nRT,温度升高会导致压强增加,而体积不变。
然而,水是一种液体,其分子间存在较强的相互作用力,因此温度升高时,分子热运动加剧会使水分子间的相互作用力减弱。
3. 水的密度与温度的关系虽然温度升高会导致水分子间的相互作用力减弱,但同时也会使水分子的热运动加剧。
这两种因素共同影响着水的密度。
3.1 温度升高时的影响当温度升高时,水分子的热运动加剧,导致分子间的相互作用力减弱。
由于相互作用力减弱,水分子更容易在相同体积下排列,分子间的间隔变大,从而使得单位体积内的水分子数减少,进而导致水的质量减小。
因此,当温度升高时,水的密度会下降。
3.2 温度降低时的影响当温度降低时,水分子的热运动减缓,导致分子间的相互作用力增强。
由于相互作用力增强,水分子更难以在相同体积下排列,分子间的间隔变小,从而使得单位体积内的水分子数增加,进而导致水的质量增大。
因此,当温度降低时,水的密度会增加。
综上所述,水的密度与温度之间并非简单成正比的关系。
虽然温度升高会导致水的密度下降,但同时也受到其他因素的影响,如相互作用力的变化。
因此,在实际应用中,需要考虑水的温度和其他因素对密度的综合影响。
总结:本文探讨了水的密度与温度之间的关系。
虽然温度升高会导致水的密度下降,但同时也受到其他因素的综合影响。
通过对水分子间相互作用力的变化进行分析,我们得出结论:水的密度与温度之间不是简单的正比关系。
这一认识对于理解物质在不同温度下的性质变化以及科学实验和工程设计等方面具有重要意义。
0~4摄氏度之间水的密度变化
0~4摄氏度之间水的密度变化一、概述在日常生活中,我们都知道水的密度是1克/立方厘米。
但是当温度降低到接近冰点的0摄氏度以下时,水的密度却并不按照常规的思维变化。
本文将介绍0~4摄氏度之间水的密度变化的原理和影响因素,以及与此相关的一些实际应用。
二、水的密度与温度的关系1. 0摄氏度以下的水当水温降至0摄氏度以下时,水的密度开始逐渐增大。
这是因为水在0摄氏度以下会逐渐凝固成冰,而冰的密度要比液态水的密度大。
所以在这个温度范围内,水的密度随着温度的降低而增大。
2. 4摄氏度以下的水然而,当水温继续降至4摄氏度以下时,水的密度却开始逐渐减小。
这是因为在4摄氏度以下,水分子开始形成特殊的结构,使得水的密度下降。
在这个温度范围内,水的密度随着温度的降低而减小。
三、水密度变化的原理1. 分子运动水的密度变化与水分子的运动状态有着密切的关系。
当温度较高时,水分子具有较大的热运动能,导致分子之间的间隔较大,从而使得水的密度相对较小。
而当温度较低时,水分子的热运动能减小,分子之间的间隔缩小,使得水的密度相对较大。
2. 分子结构在4摄氏度以下,水分子开始形成特殊的氢键结构,使得水的密度开始减小。
这种结构使得水分子之间的间隔变大,从而降低了水的密度。
四、影响因素1. 温度温度是影响水密度变化的主要因素。
随着温度的降低,水的密度会发生相应的变化。
2. 压力压力也会对水的密度产生一定的影响。
在高压条件下,水的密度会相对增大,而在低压条件下,水的密度则会相对减小。
3. 杂质水中的杂质也会对水的密度产生一定的影响。
在适量的杂质存在下,水的密度会有所增大或减小。
五、实际应用1. 水体的循环了解水的密度变化对于理解水体的循环具有重要意义。
水的密度变化会影响水体的上升、下沉等过程,从而影响海洋循环、湖泊循环等。
2. 冰的浮沉了解水的密度变化也有助于理解冰的浮沉现象。
当水温降至0摄氏度以下时,水的密度增大,使得冰能够浮在水面上。
3. 工业应用在工业生产中,了解水的密度变化也具有一定的应用价值。
关于物质的密度以及相关影响因素
关于物质的密度以及相关影响因素的探讨在我国义务教育课程标准实验教科书的九年级物理学课本第15页,对于物质的密度是这样表述的:“单位体积某物质的质量叫做这种物质的密度。
”用公式写出来就是:ρ=m/v。
其中:ρ代表密度,单位是kg/m³;m代表质量,单位是kg;v代表体积,单位是m³。
对于物质的密度,笔者查阅成都出版社2003年第一版《词海》,表述是一样的。
密度的单位是千克每立方米。
按既定物质的密度表述和物理公式,笔者对物质的密度以及相关影响因素,继续作以下研究和探讨。
1.温度对于物质密度的影响在义务教育课程标准试验教科书九年级物理学课本第21页至23页,通过想想做做实验,已经得知:“温度能够改变物质的密度。
”并且得知:“温度对于气体物质的密度影响最大”,而对于液体和固体物质的密度影响比较小。
还得知:当水的“温度高于4℃时,随着温度的升高,水的密度越来越小;温度低于4℃时,随着温度的降低,水的密度也越来越小。
水凝固成冰时体积变大,密度变小。
”在以上物理学教学研究获取的结论性只是基础上,笔者继续就温度对物质密度的影响,做出以下四点结论探讨。
①.凡是具有“热胀冷缩”物理变化规律的物质,在一定温度范围内,随着温度的提高,该物质的体积会胀大,该物质的密度会缩小;相反,随着温度的降低,该物质的体积会缩小,该物质的密度会增大。
在此结论中,之所以会强调物质“在一定温度范围内”,是因为0℃至4℃的水,不遵从4℃以上时“热胀冷缩”的物理变化规律,而是反向遵从“热缩冷胀”的物理变化规律。
所以我们还要继续归纳第二个结论。
②.凡是具有“热缩冷胀”物理变化规律的物质,在一定温度范围内,随着温度的提高,该物质的体积会缩小,该物质的密度会增大;相反,随着温度的降低,该物质的体积会胀大,该物质的密度会缩小。
③.物质密度数值的数量是无限的。
因为温度变化的数值数量可以是无限的,又因为“温度能够改变物质的密度”,所以,对于某一种物质,不论是气态物质,还是液态物质和固态物质,该物质密度数值的数量也是无限的。
温度对水密度的影响与热胀冷缩原理的关系探讨
温度对水密度的影响与热胀冷缩原理的关系探讨水是地球上最常见的物质之一,具有许多独特的性质。
其中之一就是水的密度会随着温度的变化而发生变化。
了解温度对水密度的影响以及与热胀冷缩原理的关系,对于多个领域和应用来说都具有重要意义。
一、温度对水密度的影响水的密度可以简单地理解为单位体积所含质量的大小。
一般情况下,水的密度是被定义为4℃时的密度,即在这个温度下水的密度为1克/立方厘米。
然而,当温度发生变化时,水的密度也会发生变化。
1. 高温下水的密度变小当温度升高时,水的分子会变得更加活跃,它们的热运动增强,分子之间的相互作用力减弱。
这导致水分子之间的距离增加,水的体积扩大,相同质量的水在高温下会占据更大的空间,从而使得水的密度变小。
2. 低温下水的密度变大相反,在低温下,水的分子活动减弱,它们更加紧密地排列在一起。
这会导致水分子间的相互作用力增强,水的体积收缩,因此相同质量的水在低温下会占据较小的空间,使得水的密度增大。
二、温度影响与热胀冷缩原理的关系温度对水密度的影响与热胀冷缩原理有着密切的关系。
热胀冷缩是物质在温度变化下发生体积变化的现象,也是温度对物质密度影响的直接表现。
1. 温度升高导致热胀当温度升高时,物质中的分子热运动增强,分子之间的相互作用力减弱。
这使得物质的体积扩大,从而导致热胀现象的发生。
对于水来说,随着温度的升高,水的密度减小,即热胀现象表现为水体积的增大。
2. 温度降低引起冷缩相反,当温度下降时,物质中的分子热运动减弱,分子之间的相互作用力增强。
这使得物质的体积缩小,从而引起冷缩现象的发生。
对于水来说,随着温度的降低,水的密度增大,即冷缩现象表现为水体积的减小。
温度对水密度的影响与热胀冷缩原理的关系可以通过下面的实验进行验证。
实验者可以准备一定量的水样,并用烧杯等容器测量其质量。
在不同温度下测量水的体积,即可计算出水在不同温度下的密度。
实验结果会显示热胀冷缩原理与温度对水密度的影响是符合的。
发泡原理
发泡原理一、发泡的反应原理1)、氨基甲酸乙酯与脲的反应R-NCO+HO-RI R-NH-COORI氨基甲酸乙酯R-NCO+H2N-RI R-NH-CO-NH-RI 脲2)、异氰酸酯与水的反应R-NCO+H2O (R-NCO-COOH)氨基甲酸R-NCO-COOH R-NH2+H2O 胺3)、脲基甲酸酯及缩二脲的生产R-NH-COOH-RI+OCN2 R-N(COOH)-CO-NH-R2氨基甲酸R-NH-CO-NH-RI+OCN-R2 R-NCONH-R2-CO-NH-R缩二脲4)、异氰酸酯的自聚反应R-NCO+OCN-R R-N=NI-R+CO2二聚作用:R-NCO+OCN-R RN2C2O2R三聚作用3R-NCO异氰脲聚氨酯本身是链段结构(…O-C-N-R-N-C-O-R-O …)H O H O比较其刚性的的区别,是氨基甲酸酯,脲,脲基甲酸酯,缩二脲,三聚体等组 成硬段,较长的环式,环氧基则组成软段。
从上述反应可以看出,发泡的过程中需要产生气体(主要是CO2)并 且在反应过程中需要放热,因此,反应后的发泡料重量是反应前A 、B 重量需要的95%左右。
由于发泡剂是环戊烷,而环戊烷的沸点是490C而且易燃易爆,因此在使用环戊烷作发泡剂时必须注意安全。
二、硬质聚氨酯泡沫的发泡剂的进展近年来,硬质聚氨酯泡沫发泡剂领域发生了巨大的变化,出现了各种代替品来取代过去唯一使用的CFC-11,其中,141b 在要求高的热性能和阻燃性能时成为所选择的产品。
ORCRNNCCONOR对于硬质聚氨酯泡沫中用作发泡剂的产品,从1987年它颁布和经过对消除臭氧层的物质的法规,主要有著名的蒙特利尔公约,根据公约,CFC类的产生在发达国家已经在1996年1月1日被禁止。
“第五条款国家”将在2010年前终止,HCFC类也包括在内,并有一个发达国家在2020年前(从2004年到2020年逐步减少),对第五条款国家在2040年前(从2016年到2040年逐步减少)的消除日程表。
聚氨酯软泡生产中的问题和解决方案
聚氨酯软泡生产中的问题和解决方案在实际发泡生产中遇到的额事故与问题是多样的,每个事故的生产都是由多方面因素造成的。
在因复杂因素造成的事故分析中,一般很难列出所有影响因素及真正起作用的主要因素。
下面汇总了经常遇到的一些事故及原因。
1、焦心(反应中心温度超过原料抗氧化温度)(1)聚醚多元醇质量有问题:生产储运过程中使产品中水份超标,过氧化物、低沸点杂质含量过高,金属离子浓度过高,配用抗氧剂种类和浓度不当;(2)配方:低密度配方中,TDI指数过高,发泡剂中水与物理发泡剂比例不当,物理发泡剂量偏少,水过量;(3)气候影响:夏季气温高,散热慢,料温高,空气湿度大,反应中心温度超过抗氧化温度;(4)存放不当:当TDI指数升高时,后熟化时堆积的热能增大致使内部温度升高而焦心。
2、压缩变形大(1)聚醚多元醇:官能度小于2.5,环氧乙烷比例大于8%,小分子组分多,不饱和度大于0.05mol/kg;(2)工艺条件:反应中心温度过低或过高,后熟化不好,没能完全反应或有部分焦心;(3)工艺配方:TDI指数过低,硅油辛酸亚锡过量,泡沫通气量低,闭孔率高。
3、泡沫过软(同密度下硬度下降)(1)聚醚多元醇:官能度低,羟值低,相对分子质量大;(2)工艺配方:辛酸亚锡量少,凝胶反应速度慢,在锡用量相同情况下,水量少,物理发泡剂多,硅油活性高用量大,TDI指数低。
4、泡孔粗大(1)混料不好;混料不匀,乳白期短;(2)工艺配方:硅油用量低于下限,辛酸亚锡用量少和活性差,凝胶速度慢。
5、高于设定密度(1)聚醚多元醇:活性低,相对分子质量大;(2)工艺配方:硅油用量低于下限值,TDI指数低,发泡指数低;(3)气候条件:气温低,气压高。
6、塌泡孔洞(发气速度大于凝胶速度)(1)聚醚多元醇:酸值严重超标,杂质多,活性低,相对分子量大;(2)工艺配方:胺用量多锡用量少,TDI指数低,在同样锡用量时TDI指数过高,发气速度大于凝胶速度,骨架强度小而塌泡或出现局部孔洞。
关于软泡发泡配方
关于软泡发泡配方1、基本反应及数据聚氨酯软泡的形成包括2个基本反应:发泡反应和聚合反应(也称凝胶反应)。
发泡反应:异氰酸酯与水反应生成双取代脲和二氧化碳的反应。
反应式如下:2R-N=C=O+HO H→R-NH-CO-NH-R+CO2↑若使用TDI,根据上反应式,得出1份水反应需9.67份(约9.7份的TDI)放出的二氧化碳成为泡核,使反应混合物膨胀,得到具有开孔结构的泡沫。
聚合反应:聚醚中的羟基与异氰酸酯发生逐步聚合反应形成氨基甲酸酯的反应。
反应式如下:R=N=C=O+R′-OH→R-NH-COO—R′若使用TDI,根据上反应式,得出100份羟值56的聚醚反应需8.68份(约8.7份的TDI)2、多元醇国内块泡生产采用3官能度,分子量3000(羟值56)或3500(羟值48,用的少)的软泡聚醚。
如我公司的JH-3031K、JH-3050D、JH-3500等。
3、多异氰酸酯主要使用甲苯二异氰酸酯(TDI),TDI工业品主要有3种:纯2,4TDI(或称TDI100)、TDI80/20、TDI65/35。
TDI80/20生产成本最低,是工业应用最广用量最大的品种。
TDI分子量为174,其中含有2个异氰酸酯团(-N=C=O)的分子量为84,所以TDI中异氰酸酯含量为48.28%。
TDI用量对泡性能有很大影响,在泡沫配方中,TDI过量程度以异氰酸酯指数表示,异氰酸酯指数是指实际用量与理论计算量的比值。
在生产软泡时,一般指数为105-115(100是等于理论计算量)(或写为1.05-1.15,1为理论计算量),在此范围内,TDI指数增大,泡沫硬度增大,撕裂强度变小,拉伸强度变小,断裂伸长率变小。
若TDI指数过高,则会形成大孔和闭孔,熟化时间过长,还会引起泡沫烧心;TDI指数过低,则易产生裂纹,回弹性差,强度差,压缩永久变形较大。
4、发泡剂水与TDI反应产生二氧化碳是软泡发泡中使用的主要发泡剂,增加配方中水量,将会提高脲的含量,加大泡沫硬度,降低泡沫密度,泡沫荷载能力下降。
发泡原料配比及发泡层密度对热水器保温性能的影响
I Articles论文发泡原料配比及发泡层密度对热水器保温性能的影响The influence of foaming material ratio and foaming layer density onthe heat preservation performance of water heater味昌中何伟谭徳强CHEN Changzhong HE Wei TAN Deqiang珠海格力电器股份有限公司广东珠海519070Gree Electric Appliances.INC.of Zhuhai Zhuhai51907()摘要保温性能作为衡量热水器能效的关键指标之一,直接影响到热水器的使用和推广。
随着用户对节能、环保指标要求的不断提高,企业对热水器水箱保温性能的关注度也越來越高。
本文通过试验验证和理论分析,系统深入地研究发泡原料配比、发泡层密度对水箱保温性能的影响规律,结果表明:异氧酸酯与组合聚瞇多元醇配比为1.05:1时,发泡层密度在38〜45Kg/n?时,水箱保温性能较好,能显著降低水箱的温降值。
关键词热水器;硬质聚氨酯泡沫;异氤酸酯与组合聚瞇多元醇配比;发泡层密度AbstractAs one of the key indexes to measure the energy efficiency of water heaters,thermal insulation performance directly affects the use and promotion of water heaters.With more and more high requirements for energy saving and environmental protection ideas,the thermal insulation performance of water heater tank is paid more and more attention to by production enterprises. Through experimental verification and theoretical analysis,this paper systematically studied the influence law of foaming raw material ratio and foaming layer density on the insulation performanceof(he water tank.The results showed that when the ratio of isocyanate and combined polyether polyol was1.05:1,the foam layer density was38〜45Kg/m[the insulation performance of the water tank was better,and the temperature drop of the water tank could be reduced.KeywordsWater heater;Rigid polyurethane foam;The ratio of isocyanate to the combination polyether polyol; The density of foam layer目前行业内各厂家的热水器水箱保温性能层次高低不齐,且存在测试不合格的情况。
温度对水密度的影响程度有多大
温度对水密度的影响程度有多大水是地球上最重要的物质之一,在地球上广泛存在并起着重要的作用。
而水的密度是描述水分子排列紧密程度的物理量,与温度密切相关。
温度的变化对水的密度有很大的影响,本文将探讨温度对水密度的影响程度有多大。
1. 温度对水密度的基本影响水的密度随温度的变化而变化,一般来说,随着温度的升高,水的密度降低;温度的降低,则水的密度增加。
这是由于温度变化会导致水分子的热运动和跃动更加剧烈。
当温度升高时,水分子的热运动增加,分子之间的相互吸引力减弱,分子之间的平均距离增大,使水的密度减小。
相反,当温度下降时,水分子的热运动减弱,分子之间的相互吸引力增强,分子之间的平均距离减小,使水的密度增加。
2. 温度对水密度的影响规律温度对水密度的影响规律可以用温度系数来描述。
温度系数是指单位温度变化下物质密度变化的比率。
对于水来说,在摄氏度单位下,温度系数是一个负值,即随着温度升高,密度降低。
水的温度系数在不同温度范围内存在微小的变化,但在0℃附近有一特殊情况。
当温度从低于4℃的负值上升到4℃时,水的密度逐渐增加,达到最大值。
然而,当温度继续上升到4℃以上时,水的密度又开始降低,直到100℃时达到最小值。
3. 水密度与温度的应用温度对水密度的影响在很多实际应用中都有重要意义。
例如,水温对湖泊、河流和海洋的温度分层现象起着重要作用。
在湖泊中,水温较高的水层位于水温较低的水层之上,这是因为温度较低的水密度大,趋于下沉,而温度较高的水密度小,趋于上升。
类似地,海洋中的热水和冷水也会分层,形成海洋的垂直循环。
此外,温度对水密度的影响还在气象、水文学以及工业生产中具有重要意义。
在气象学中,水的密度变化可影响气象系统的运动和热量传递。
在水文学中,了解水的密度变化可以帮助解释水体的流动和水文过程。
在工业生产中,特别是在液体的运输和储存过程中,了解液体密度的变化可以保证工艺的正常进行和设备的安全运行。
综上所述,温度对水密度影响程度较大。
让水密度变小的方法
让水密度变小的方法说实话让水密度变小这事儿,我一开始也是瞎摸索。
那时候就觉得这得从水的成分和影响密度的因素下手。
我最先想到的就是加热。
就像咱把水倒锅里煮汤一样,火一加热,水就开始冒泡泡。
我试着把水加热到不同的温度,然后拿密度计去测。
一开始我发现随着温度上升,水密度确实在变小。
可是加热这个事儿比较难控制,稍微不注意就把水给烧开了,变成水蒸气跑了好多,这样就不准确了。
而且我发现加热到一定程度,水密度降低的幅度就没那么大了,感觉再继续加热也不会有特别大的改变了。
后来我又想,往水里加东西会不会行呢?加啥呢?我就先试着加糖。
我一勺一勺地往水里加糖,然后搅拌。
刚开始加糖的时候,糖一下子就溶解了,我觉得挺有希望的。
可是加着加着,糖就很难再溶进去了,就像人吃饭吃撑了一样。
我一测密度,发现密度居然变大了,这才想起来溶质溶进水里增加了质量,总体积虽然也会变一点,但密度还是增大了,这个跟我想的完全反了,这算是个失败的尝试。
再后来我又想,酒精的密度比水小啊,那把酒精加到水里呢?我就试着往水里倒酒精。
倒一点搅拌搅拌,然后测量密度。
发现果然可以让水的密度变小。
但是要注意啊,酒精特别容易挥发,你要是敞开放着,没一会儿酒精就跑没了,那密度又变回去了。
这就告诉咱得把容器密封好。
还有啊,我不确定但是也觉得可能和气压有点关系。
我想能不能把装水的容器抽空,这样气压低一些。
不过这个比较难操作,我也没成功进行这个实验,就是觉得从理论上来说可能行得通。
我又想啊,海水因为含盐,密度比淡水大,那就是说起有溶质能增大密度,那保持水干净,没有杂质啥的,是不是能让密度维持比较小的状态呢,但这个我也不太确定。
反正这么久以来,我觉得加热和加酒精这两个方法是实实在在能在一定程度上让水密度变小的,但都得注意好多细节。
科学实验:水的密度探索
科学实验:水的密度探索1. 导言水是地球上最常见的物质之一,它的存在对我们的生活至关重要。
我们每天都与水交互,但你是否好奇过水的密度是如何影响它的性质和行为的呢?在本文中,我们将深入探讨水的密度,并介绍一些有趣的科学实验来揭示水的密度的奥秘。
2. 什么是密度?密度是一个物质的质量与其体积之比。
简单来说,它描述了物质在给定条件下的"紧密程度"。
密度通常用公式表示为:密度=质量/体积。
在物理学中,密度常用千克每立方米(kg/m³)作为单位。
3. 水的密度水的密度在常温常压下约为1克/立方厘米,或者1000千克/立方米。
这意味着单位体积的水的质量为1克,或者1立方米的水的质量为1000千克。
4. 影响水密度的因素水的密度受到多种因素的影响,包括温度、压力和溶质浓度等。
随着温度的升高,水的密度会下降;而随着压力的增加,水的密度会增加。
当向水中溶解更多的溶质时,水的密度也会发生变化。
5. 实验1:浮沉现象我们可以做一个简单的实验来观察不同物质在水中的浮沉现象,以理解水的密度。
准备一些不同材质的小物体,如塑料块、橡皮泥和铁块,然后将它们一个一个地放入一杯装满水的容器中。
观察每个物体在水中的行为。
你会发现,有些物体会浮起来,有些物体会沉入水底。
这是因为浮沉现象是由物体与水的密度比较所决定的。
比水密度小的物体会浮起来,而比水密度大的物体则会沉下去。
6. 实验2:酒精与水的密度接下来,我们可以用酒精来研究与水的密度之间的关系。
准备一些不同浓度的酒精水溶液,用1部分酒精和3部分水制成的溶液,以及用1部分酒精和1部分水制成的溶液。
将一些小容器分别倒满这些溶液,用标记在容器上标出每个溶液的密度。
非常小心地将不同密度的溶液倒入一起,观察它们是否发生分层。
这个实验能够展示不同密度的液体可以产生分层的效果。
7. 实验3:油和水的密度我们来研究一下油与水的密度差异。
用一些不同类型的油和清水填充几个不同高度的透明容器,每个容器中的液体高度应该相等。
温度对水的密度有何影响
温度对水的密度有何影响水是地球上最常见的物质之一,也是生命的基础。
而水的密度是一个与温度密切相关的重要性质。
本文将探讨温度对水的密度产生的影响,并解释其背后的原因。
1. 冷水与热水的密度差异人们常常观察到,相同体积的冷水比热水更加重。
这是因为水的密度随着温度的升高而降低。
当温度下降时,水分子的平均动能减小,分子之间的吸引力增强,从而使密度增加。
2. 温度对水的密度的具体影响追踪水的密度随温度变化的规律,我们发现在4℃以下,水的密度随温度的降低而增加,呈现递增的趋势。
然而,当温度低于4℃时,水的密度开始减小,直至其达到0℃时的最高密度。
超过0℃的冰,相较于液态水,密度较小,因此可以在水中漂浮。
3. 密度变化的原因水的密度随温度变化的规律与水分子的结构有关。
在液态水中,水分子之间存在氢键的相互作用,这些氢键在不同温度下的强度有所变化。
随着温度的升高,氢键的强度减弱,水分子的平均间距增大,从而导致水的密度减小。
而当温度降低到一定程度时,水分子的平均间距开始减小,密度增加。
4. 重要性和应用温度影响水的密度在各个领域有着广泛的应用。
例如,对于水生态系统中的湖泊和海洋生物来说,知道水的密度如何随温度变化可以帮助我们理解水中生物的迁移和分布。
此外,在工程和制造业领域,了解水的密度变化规律有助于设计和优化众多设备,如流体管道、船舶和飞行器等。
在科学研究中,密度的变化也是研究水的物理和化学性质的重要指标之一。
总结:温度对水的密度产生明显的影响。
随着温度的升高,水的密度逐渐减小,直至0℃时的最高密度。
这一现象是由水分子之间的相互作用引起的。
理解温度对水密度的影响,不仅有助于我们深入了解水的特性,还具有广泛的应用价值。
温度对水密度的影响及其在气象学中的应用
温度对水密度的影响及其在气象学中的应用一、引言水密度是指单位体积的水的质量,它与水的温度密切相关。
本文将探讨温度对水密度的影响,并分析其在气象学中的应用。
二、温度对水密度的影响1. 温度对水分子排列的影响随着温度升高,水分子的热运动增加,分子间的相互作用减弱,导致水分子排列变得松散。
因此,温度上升使得水的体积膨胀,密度减小。
2. 水的最高密度点水的密度随温度变化的规律并不简单,水在4°C时具有最高密度。
当温度低于4°C时,水分子的热运动减慢,水分子之间的排列更加紧密,密度增加。
然而,当温度继续降低到冰点以下时,水的密度反而开始减小,这是因为水分子在结冰过程中形成的晶格结构导致体积的增大。
三、水密度在气象学中的应用1. 海水密度变化与海洋循环海洋循环是指海水的垂直和水平运动。
由于温度对水密度的影响,不同密度的海水形成了深海和表层海水的分层结构。
这种密度差异又受到温度和盐度的共同作用,影响着海洋环流和海洋生态系统。
2. 大气中的水汽密度变化在气象学中,了解水汽的密度变化对于预测和研究天气现象至关重要。
随着温度的变化,大气中的水汽含量和密度也会发生变化。
这对于预测降水、测算大气湿度等具有重要意义。
3. 水密度与海洋和大气的相互作用海洋和大气之间存在着复杂的相互作用关系。
由于水的密度变化,海洋对大气的温度调节起到重要作用。
海洋的高密度水可以吸收大气中的热量,从而对温度起到缓冲作用。
四、结论温度对水密度有着明显的影响,随着温度升高,水的密度降低。
然而,水的密度在4°C处达到最高点。
在气象学中,了解水密度的变化对于预测天气和研究气候变化具有重要意义。
此外,水密度的变化还对海洋循环、大气中的水汽密度和海洋与大气的相互作用起到关键性作用。
通过对温度对水密度的影响及其在气象学中应用的论述,我们可以深入了解温度和水密度之间的关系,并认识到其重要性。
只有充分理解这一关系,才能更好地预测天气变化、保护海洋生态系统,以及更好地探索和研究气候变化的规律。
水密度知识点总结
水密度知识点总结水密度是指在一定条件下,水的质量与体积的比值,通常以克/立方厘米(g/cm³)作为单位。
水密度与水的温度和压力密切相关,因此需要在一定的条件下才能确定水的密度。
水的密度是一个重要的物理性质,在化学、地质、生物学等领域都具有重要的应用价值。
本文将从水密度的定义、测量方法、影响因素、应用等方面进行探讨和总结。
一、水密度的定义水密度是指单位体积内的水的质量,通常表示为ρ(rho),其单位为克/立方厘米(g/cm³)。
水的密度不是固定不变的,它受到温度、压力等因素的影响,因此需要在一定的条件下进行测量和记录。
二、水密度的测量方法1. 传统测量方法最常用的测量水密度的方法是使用密度瓶或密度计。
密度瓶是一种特殊的瓶子,容量已经精确测量,用来确定一定温度下水的密度。
测量时首先用水灌满密度瓶,并称重以确定质量,然后将水倒出,将干燥的空瓶装满并重新称重,得到瓶子的质量。
最后将瓶子灌满水,并重新称重,得到质量。
通过这三次称重,可以得到水的质量和瓶子的质量,从而求得水的密度。
2. 测量仪器现代化的测量仪器能够更准确地测量水的密度,如密度计、声速仪、位移法等。
密度计通过浮力平衡原理进行测量,根据测得的浮力和水中浸没的体积来计算水的密度;声速仪则是利用声速与介质密度有关的原理,通过测量水中声速来得到水的密度;位移法则是通过将水放入一个装置中测得其位移,再根据位移量和装置的体积来计算水的密度。
这些现代化的测量仪器能够在更大范围内、更高精度地测量水的密度,特别在工业和科研等领域得到了广泛应用。
三、水密度的影响因素1. 温度水的密度与温度密切相关,通常情况下,温度越高,密度越小,这是由于热胀冷缩的原因。
在水的温度变化不大的情况下,可以使用一个近似值来描述水的密度和温度之间的关系,如在 20℃时,水的密度约为 0.998g/cm³。
2. 压力水的密度也受到压力的影响,通常情况下,水的密度随着压力的增加而增加。
水在20度时的密度 解释说明以及概述
水在20度时的密度解释说明以及概述1. 引言1.1 概述引言部分将对本文的主要内容进行概述。
水是地球上一种非常重要的物质,其密度随温度的变化而发生变化。
在本文中,我们将详细探讨水在20摄氏度时的密度及其特性,并说明其在工程和生活中的应用。
此外,我们还将研究水密度与其他物性参数之间的关系,并分析密度对物质辨识和分离的影响。
1.2 文章结构本文共包含五个主要部分。
首先,在引言部分中我们将对本文进行总体介绍,并明确本文的目的和结构。
接下来,在第二部分中,我们将介绍密度的定义以及测量方法,包括实验过程和数据分析方法。
第三部分将专注于水在20摄氏度时的密度特性,从密度随温度变化规律、影响水密度的因素以及水密度在工程和生活中的应用等方面展开讨论。
接着,在第四部分中,我们将研究水密度与其他物性参数之间的关系,包括温度、压力、溶解性以及表面张力等参数之间的关系,并探讨密度对物质辨识和分离的影响。
最后,在结论部分中,我们将总结研究结果并展望水密度研究的意义和未来发展方向。
1.3 目的本文的主要目的是深入了解水在20摄氏度时的密度特性,并探索其与其他物性参数之间的关系。
通过对水密度规律、应用以及与更广泛物质科学相关的研究结果进行综合分析,可以为工程领域和日常生活提供一定的参考和指导。
同时,本文也希望能够引起读者对水密度研究的重视,并促进对该领域更加深入和全面的探索。
2. 密度的定义与测量方法2.1 密度的定义密度是物质的质量与体积之比,用来描述物质的致密程度。
通常使用符号ρ表示,其定义公式为:密度= 质量/ 体积其中,质量表示物体所包含的物质数量,通常以千克(kg)单位表示;体积表示物体所占据的空间大小,通常以立方米(m³)单位表示。
2.2 密度的测量方法为了测量物体的密度,可以采用多种方法。
以下是几种常见的密度测量方法:2.2.1 水滴法:将待测物品放入水中,通过观察其在水中下沉或上浮的情况来判断其密度大小。
出水泡沫多的原因
1.水质问题:如果进水水质不稳定,水中含有过多的草酸盐、生物胶体等有机
物质,这些物质在好氧菌和厌氧菌的作用下会产生大量的气体,导致出水泡沫较多。
2.污泥处理问题:污泥处理不当可能导致出水中微生物数量过多,大量的细菌
群体会大量消耗氧气并且产生二氧化碳,从而导致出水泡沫较多。
此外,处理污泥的机器的维护和保养不得当也会导致泡沫较多。
3.工艺问题:设计和操作不当也是导致出水泡沫多的原因之一。
设计不当会使
系统中的水流速度不稳定,一些细小的气泡可能在水中悬浮,因此导致水的表面形成泡沫。
而操作不当则可能导致设备故障,从而影响出水的质量。
4.污水处理设备的处理效果:如果污水处理设备的处理效果不佳,可能会导致
废水中的一些物质不能充分降解,从而使得泡沫增多。
5.设备问题:如果污水处理设备的某些部件出现问题,比如推流器的运行状况
不好或加药量过大,都可能导致泡沫增多。
6.环境因素:如水温较高时,泡沫颗粒可能会变得更大,且产生的更多。
7.其他可能的原因:包括病原体感染(如滴虫性阴道炎)导致的分泌物泡沫状
增多。
或者在污水处理过程中使用的消泡剂或抑泡剂的浓度过高,导致泡沫增多。
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Effect of Foam Density on the Properties of Water Blown Rigid Polyurethane FoamM.Thirumal,1Dipak Khastgir,1Nikhil K.Singha,1B.S.Manjunath,2Y.P.Naik21Rubber Technology Centre,Indian Institute of Technology,Kharagpur721302,India2Bhaba Atomic Research Centre,Trombay,Mumbai400085,IndiaReceived16April2007;accepted29October2007DOI10.1002/app.27712Published online29January2008in Wiley InterScience().ABSTRACT:Density is an important parameter that influences the properties and performances of rigid poly-urethane foam(PUF).Rigid PUF with different densities were prepared by varying the amount of distilled water as blowing agent.This investigation reports the mechani-cal,morphological,water absorption,thermal conductiv-ity,and thermal behavior of rigid PUF varying with the density,which controls the foam architecture.The den-sity of the PUF decreased from116to42kg/m3with an increase in the amount of water from0.1to3.0parts per hundred polyol by weight(phr),respectively.It was found that the mechanical properties of the PUFs changed with the foam density.The results of water absorption of the PUFs showed that water absorption increased with decrease in density,due to increase in the cell size and decrease in the cell-wall thickness.The ther-mal conductivity measurements showed that the thermal conductivity decreased with increase in density.It was due to the decrease in cell size.The thermal analysis of the PUFs shows that the glass transition temperature increases with the decrease in foam density,but the ther-mal stability decreases with the decrease in foam density.Ó2008Wiley Periodicals,Inc.J Appl Polym Sci108: 1810–1817,2008Key words:rigid polyurethane foam;foam density;ther-mal conductivity;compressive stress;morphology;poly-ureaINTRODUCTIONRigid polyurethane foam(PUF)is recognized as an outstanding material for different applications.It has many desirable properties such as low thermal con-ductivity,low density,excellent dimensional stabil-ity,high strength-to-weight ratio,low moisture permeability and low water absorption.So,it is suit-able for the application in household refrigerators, construction and industrial insulation,flotation in boats,life preservers,buoys,and other marine equipment.In aircraft,PUFs are used as stiffening and rigidizing agents andfillers in wing and fuse-lage structures.1The specific properties of PUF can be varied within limits by choice of raw materials, density,and method of applications.Density,how-ever,is one of the main variables controlling most of the mechanical properties and has an effect much larger than that of other possible changes in polymer and foam structure.Hence,the study of the effect of density on the properties of rigid PUF has acquired importance for the broad range of its applications. Physical as well as chemical-blowing agents can be used in the preparation of PUFs.The distilled water is one of the most widely used chemical-blowing agents.It reacts with diisocyanate and then gener-ates gaseous carbon dioxide and polyurea[eq.(1)].RÀN¼C¼OþH2O!RÀNH2þCO2"R0ÀN¼C¼OþRÀNH2!R0ÀNHÀCOÀNHÀR(1) The carbon dioxide inflates reactant mixture;as a result,a cellular structure is formed.Therefore,some additional diisocyanate is needed that reacts with water.2,3The widely used physical-blowing agents are chlorofluorocarbons(CFCs)and hydrochloro-fluorocarbons(HCFCs).The formation of PUF is based on the reaction of diisocyanate with polyol. The reaction is exothermic in nature,and the reac-tion heat can be used to form a cellular structure by the rough evaporation of physical-blowing agents present in the system.The foaming process can be explained by the nucleation and growth mechanism as discussed in the available literature.4,5 Nowadays,the use of CFCs and HCFCs was con-sidered to be undesirable mainly because of environ-mental problems such as depletion of ozone layer and global warming.The emerging substitutes for PUFs-blowing agents are several hydrofluorocarbons(HFCs), hydrocarbons(HCs),cyclopentane,and water,6be-cause they show zero ozone depletion potential and reduce global warming problem.When water is usedCorrespondence to:N.K.Singha(nks@rtc.iitkgp.ernet.in). Contract grant sponsor:BRNS,Mumbai,India.Journal of Applied Polymer Science,Vol.108,1810–1817(2008) V C2008Wiley Periodicals,Inc.as blowing agent,carbon dioxide is the by-product, which is free of CFC.So,water is considered to be very ecofriendly blowing agent in the preparation of PUF.However,there are some disadvantages of water as a blowing agent;such as the system viscosity is high,forms more amount of heat(exotherm)while preparing the foam,which may lead risk offire and scorch the foam.Sometimes,the system cost is high due to the increase in the use of excess of isocyanate.7 Nevertheless,water and mixture of water and HCFC are used in many cases because of its environment-friendly characteristics.Thefinal structure and proper-ties of PUFs depend on the molecular architecture of the constituent polymer and processing condition.8 Many authors have focused on the mechanical behav-ior related to the mechanics of cell deformation.Sev-eral research works have been carried out to identify the change in the properties of the rigid PUF with respect to the density.Generally,it has been found that the density affects the mechanical,morphological, insulation,and dimensional stability of PUF.9–13Kim and coworkers14have reported on the properties of the water-blown PUF,using different raw materials. Goods et al.15have prepared rigid PU foam and stud-ied their mechanical properties.Jung et al.16reported on the properties of foam blown by HCFC and dis-tilled water.Badri et al.17studied their mechanical properties and reported that PU foam can be prepared from palm-oil resources.Jian et al.18have prepared the rigid PUF from Rosin-based polyol and studied the structure and physical properties.In none of these cases,the concentration of blowing agent was opti-mized to obtain optimized properties.This study investigation reports the optimization of the blowing agent to obtain desired density of rigid PUF,which gives optimized mechanical properties. The effect of foam density on the mechanical,mor-phological,water absorption,thermal insulation(ther-mal conductivity),and thermal properties of the water blown rigid PUF was investigated.In this case, scanning electron microscopy(SEM),UTM,TGA,DTG,and DSC were used to characterize the proper-ties of the PUF materials and to correlate them with its density.Importantly,all these properties of rigid PUF have been compared with those of the neat PUF, that is,prepared without any blowing agent.EXPERIMENTALMaterialsThe polymeric methane diphenyl diisocyanate (PMDI,Suprasec5005)and sucrose-based polyether polyol(Daltolac R180)were obtained from Hunts-man International,Mumbai,India(Daltolac R180 and Suprasec5005are trademarks of Huntsman). Distilled water was generated in our laboratory and was used as a chemical-blowing agent.N,N,N,N,N-pentamethyl diethylene triamine(PMDETA)was supplied from Aldrich and used as a catalyst.Poly-ether dimethyl siloxane(TEGOSTAB B8460),sup-plied by Goldschmidt,Germany,was used as a sur-factant.The characteristics of different materials used in the preparation of PUF are shown in Table I. All the chemicals were used as received. Preparation of foamThe PUF samples with various densities were pre-pared by one-shot and free-rising method,and their chemical compositions were shown in Table II.TheTABLE I Characteristics of the Used MaterialsMaterials Equivalentweight Functionality RolePolymeric methane diphenyldiisocyanate a(PMDI)136.6 2.7NCO content530.8%Polyether polyol b127.5 3.0OH value5440mg KOH/gN,N,N,N,N-penta methyl diethylenetriamine c(PMDETA)––CatalystPolyether dimethyl siloxane d––SurfactantDistilled water e9.0 2.0Blowing agenta,b Supplied by Huntsman International Pvt,Ltd.,Mumbai,India.c Supplied by Aldrich.d Supplied by Goldschmidt.e Purified in our laboratory.TABLE IIChemical Compositions of Rigid Polyurethane Foam(PUF)Blown by WaterMaterials phr aPolyether polyol100PMDETA0.5Tegostab B8460 2.0Distilled water(0.0b,0.1,0.3,1.0,1.5,3.0)PMDI(118,119,122,134,143,167)a Represents as parts per hundred of polyols by weight.b PUF prepared without any blowing agent has beendesignated as WOBA.EFFECT OF FOAM DENSITY ON WATER BLOWN RIGID PUF1811Journal of Applied Polymer Science DOI10.1002/appfoam density of free-rising method depends on thetemperature of the reaction and thus will varyslightly depending on the size of the batch.The mix-ing of the components followed the same time for allthe foams.All the raw materials,except PMDI,werefirst well mixed in a plastic beaker.Then PMDI was added into the beaker with vigorous stirring for10s.The resulting mixture was immediately pouredinto an open paper mold(30325315cm)to pro-duce free-rise foams.After the preparation,thefoams were kept in an oven at708C for24h to com-plete the polymerization reaction.Samples were cutafter curing into specific shapes by rubbed withfineemery paper,and then the different properties of the foams were characterized.The amount of PMDIrequired for the reaction with polyether polyol anddistilled water was calculated from their equivalentweights.For the completion of the reaction,excessPMDI(NCO/OH51.1)was used.Measurement of different propertiesThe apparent density of the PUF samples was meas-ured according to ASTM D1622-03.The size of thespecimen was25325325mm(length3width3thickness).The apparent densities of three specimensper sample were measured,and then the averagevalues are reported.The mechanical properties of the PUF samples were measured at ambient condi-tion with Instron UTM Hounsfield testing equipment(model H10KS).A compressive stress at10%strainand compressive modulus(initial linear slope of thestress–strain curve)in parallel to foam rise directionwere performed according to ASTM D1621-00.Thesize of the specimen was55355330mm(length 3width3thickness),and the rate of crosshead movement wasfixed at2.5mm/min for each sam-ple.The strength offive specimens per sample wasmeasured,and the average of these values wasreported.The energy absorption of the PUF was cal-culated from the area under the stress–strain com-pressive curves,and the average offive values wasreported.The hardness(shore A)was tested on thedurometer hardness tester,and the average offive values was reported.The morphology of the PUF samples was studied with a JEOL,JSM5800scan-ning electron microscope,Japan.The samples were gold-coated before scanning to provide an electri-cally conductive surface.The accelerating voltage was20kV to avoid degradation of the sample.The JSM5800was used to observe the size of the cells on the PUR samples and averaged.The water absorption of the PUFs samples was measured according to ASTM D2842-01.The size of the speci-men was40340320mm(length3width3thick-ness).The water absorption of three specimens per sample was measured and averaged.The thermal conductivity of the PUFs was tested between two plates on a guarded hot-plate apparatus as per ASTM C177-97.The size of the specimen was1003 100325mm(length3width3thickness).The thermal properties of the foams were examined on a differential scanning calorimeter(Q100,TA Instruments,USA)and thermogravimeter(Q50,TA Instruments,USA)under nitrogen environment at a heating rate of208C/min.RESULTS AND DISCUSSIONRigid PUF was prepared by reaction with polymeric diphenyl methane diisocyanate(PMDI)as an isocya-nate and a polyether polyol in the presence of PMDETA,an amine catalyst as shown in Table I.In this case,the density of the PUF varied by varying the concentration of water as blowing agent (WOBA).Figure1shows the variation in density of PUF with amount of distilled water concentration 0–3.0%based on the weight of polyol.With the increase of distilled water from0.1to3.0phr,the densities of the PUF decreased from116to42kg/m3. The density of the foam without WOBA was118kg/ m3.The density of WOBA sample is higher due to more amount of polymer present per unit volume of PUF.In this case,a small amount of water or mois-ture,which remains as an inherent impurity in poly-ether polyol,probably acts as a blowing agent,and also the isocyanate(PMDI)tends to vaporize due to the high-exothermic reaction between polyol and iso-cyanate.This exothermic temperature is different from water containing formulation and WOBA formulation;the latter form pores within the polymer. Such pores,acting as stress concentrators,can signifi-cantly reduce the properties of the PUF.Figure1clearly shows that the densities of the PUFs decreased with an increase in water content.Mechanical propertiesFigure 2shows the stress–strain curves of the PUF with different densities.It indicates that,to achieve a particular strain,stress increases,but it remains pla-teau after 10%strain.It may be due to cell-wall buckling of most of the cells in PUF.Table III shows the effect of density on the compressive stress at 10%strain and compressive modulus.When the density increases from 42to 116kg/m 3,the com-pressive stress at 10%strain of the PUFs decreases from 8.7to 2.0kg/cm 2.The compressive stress for WOBA foam was 4.7kg/cm 2.The compressive mod-ulus also changed in a similar fashion.Toughness is the resistance of the material to frac-ture or to undergo deformation and is calculated as the energy absorption from the area under the curve in the stress–strain curve.15Figure 3shows the effect of density on toughness or energy absorption of the PUF.The results show that the toughness or energy absorption increases with the increase in density.Figure 4shows the change in hardness of the PUFs with density.It shows that the hardness of the PUFsincreases from 15to 45with an increase in density from 42to 116kg/m 3.Hardness is defined as the re-sistance to indentation.When the density increases,the cell size of PUF decreases and cell structure becomes smaller.Hence,more force is necessary to cause indentation in the PUF.It is reported 19that the Power law can be used to depict the relationship between the mechanical prop-erties (compressive strength and modulus)and the density.log ðstrength property Þ¼log A þB log ðdensity Þ(2)where A is a constant related to the temperature and physical properties of the resin and B is related to the deformation mechanics of cellular materials.15,19The compressive strength and modulus of PUF ex-hibit the dependence of Power law with respect to the foam density.The slope of the plot of log (prop-erty)versus log (density)was used for the determi-nation of the density exponent value and was calcu-lated as 1.5for compressive strength and 1.72for compressive modulus as shown in Figures 5and 6.These values are quite similar to the values reported (in the range 1–2)in the literature.15,19Goods et al.15reported the density exponent of 2.10and 1.60for compressive strength and modulus,respectively,for the water blown rigid PUF.In this case,they pre-pared PUF with much higher packed density via molding technique from sucrose-based polyether polyol (OH number 490mg KOH/equiv per gram)and MDI in the presence of a diamine catalyst.In our case,we prepared PUF by free-rise method from similar type of polyols (but with lower OH number)and a triamine as catalyst.However,the strength and modulus of PUF exhibit Power law dependence with respect to the foam density although the strength density exponent is somewhat different from the density exponent for the modulus.Distilled water used as chemical-blowing agent reacts with the isocyanate group to generate carbon dioxide and polyurea with the release of the heat (exothermic reaction).Polyurea is known to be more rigid than polyurethane.The urea group can further reacts with isocyanate group to generate biuret,which introduces additional networks insidetheFigure 2Stress–strain behavior of the PUF at different density.TABLE IIIEffect of Density on the Compressive Stress and Compressive Modulus of PUFSr.No.Sample name Water content (phr)Density (kg/m 3)Compressive stress at 10%strain (kg/cm 2)Compressive modulus (MPa)1WOBA 0118 4.79.42PUF-10.11168.721.63PUF-20.31038.115.24PUF-3 1.090 6.111.75PUF-4 1.560 3.5 6.56PUF-53.0422.03.2EFFECT OF FOAM DENSITY ON WATER BLOWN RIGID PUF 1813Journal of Applied Polymer Science DOI 10.1002/appPUF.20Results of the mechanical properties of the PUFs reveal that the strength properties increase with the increase in density of the PUFs.This can be explained by the Power law[eq.(2)].The results so far explained that the mechanical strength properties are poor in the WOBA samples.This is due to the fact that most of the cells were broken[as observed by SEM Fig.7(d)]and did not form the uniform cell structure.MorphologyIn general,the physical properties of foam not only depend on the rigidity of the polymer matrix,but also relate to the cellular structures of the foam. Thus,it is of interest to observe the fracture of the foam specimen using SEM.Figure7(a–d)shows the microphotographs of the fracture surfaces for PUF with different densities.In case of high density PUF, that is,with less amount of WOBA,the cells are more uniform,well-defined,and the cell-wall is thin-ner[Fig.7(a)].When the blowing agent increases, the foam density decreases,and the cells are not uni-form,and,in most cases,they are broken[Fig. 7(b,c)].In case of WOBA,the cells are much larger and broken probably because of nonuniform distri-bution of moisture(an inherent impurity in poly-ether polyol)as blowing agent.The average cell size was calculated from the SEM photographs.Figure8 shows the effect of foam density on the average cell size of the PUFs.The average cell size of the PUFs increases from233to488l m with the decrease in density from116to42kg/m3,and for WOBA sam-ple cell size was found to be367lm. Figure4Effect of density on hardness of thePUF.The size of the cell is important in controlling the mechanical and thermal insulation properties of PUF.A chemical-blowing agent such as distilled water generates carbon dioxide through the chemical reaction with diisocyanate accompanying the exo-thermic reaction heat.Because of the increase in temperature,the concentration of blowing gas in the mixture exceeds its limit of solubility,and thus the nucleation process of bubbles begins.With the increase of WOBA,number of such bubblesformedFigure 7Microphotographs of PUF samples of different density:(a)PUF with 103kg/m 3;(b)PUF with 60kg/m 3;(c)PUF with 42kg/m 3;and (d)PUF (WOBA)with 118kg/m 3.increase and later they coalesce resulting in the increase in cell size.Water absorptionThe mass and volume of the PUF samples were taken and designated as M and V,respectively.After immersing into water for96h,the weight of samples was taken again.If the mass of the samples after water soaking is N,the water absorption(W A)of the samples in volume percentage is calculated asW A¼ðNÀMÞ=V3100(3) Figure9shows the effect of density on the water absorption of the PUFs.It is clear from thefigure that the water absorption of the PUFs decreases from6.8to0.6vol%with an increase in density from42to116kg/m3,in the WOBA it was7.0vol% at a density of118kg/m3.It is generally known that the amount of water absorption of a cellular material mainly depends on the cell structure of foam whether it is closed or open and also on cell wall (struts)thickness.21Figure9indicates that high den-sity foam absorbs less amount of water.Because the cells become smaller in size as the density of foam increases.This was already confirmed from the SEM studies(Fig.7).WOBA sample absorbed more water; in this case,the cell size is much larger,the cells are broken and are interconnected to accommodate more amount of water.Thermal conductivityThe thermal insulation properties of materials are mostly expressed in terms of their K-factor,which are determined by the following equation,K¼Q3S=A3D T(4) where K is the thermal conductivity(W/m K),Q is the heatflow(W),S is the sample thickness(m),A is the sample area(m2),and D T is the temperature dif-ference across the plate(K).The insulating capacity increases as the K value decreases.The thermal con-ductivity is defined as the rate of heat transfer through unit thickness,across unit area,for unit dif-ference in temperature.In general,the thermal con-ductivity of PUF depends on the foam density,cell size,cell orientation,ratio of close to open cell con-tent and on the thermal conductivity of the gases (blowing agent),andfilling materials.Figure10 shows the effect of density on the thermal conductiv-ity of the PUFs.It indicates that as the density of the foam increases,the thermal conductivity decreases. It may be due to the decreased radiant heat transfer via trapped gases in lower foam cells in the higher density PUF.22Thermal analysis of PUFThe glass transition temperatures(T g)of the PUF samples measured by differential scanning calorime-try(DSC)are shown in Table IV.The results indicate that the T g of the PUF samples increases slightly with the increase in water content and decrease in density.It is due to increase in the crosslink density by the formation of polyurea,which is known to be more rigid than polyurethane.The mobility of the polymer chains decreased and hence the T g of the PUF increases.Seo et al.20also observed that the T g of PUF increases with the increase in water content. Figure11shows the effect of density on the weight loss and degradation temperature of the PUF.The degradation temperature(T max)varies with the amount of water content and foam density. In samples PUF1–3has higher thermal stability,due to sufficient amount of water reacts with excess of PMDI to form polyurea linkage.WOBA has medium thermal stability because it has insufficient water content to form polyurethane linkage.PUF4and5 have lower thermal stability.It might be duetoTABLE IVEffect of Density on the Glass Transition Temperature (T g)and Thermal Stability(T max)of the PUFSr.No.SamplenameWatercontent(phr)Density(kg/m3)T g(8C)T max(8C)1WOBA0118913632PUF-10.11161013743PUF-20.31031053754PUF-3 1.0901073715PUF-4 1.5601063606PUF-5 3.042110359 1816THIRUMAL ET AL. Journal of Applied Polymer Science DOI10.1002/appmore amount of water reacts with excess PMDI to form biuret and allophanate linkages.It follows the general route of the thermal stability of polyurethane linkages.Biuret and allophanate are the thermally weakest links in the PU network,next in thermal stability trends are the urethanes,closely followed by ureas.23CONCLUSIONSRigid PUFs with varying density using water as a blowing agent were prepared via free-rise method.The results of the mechanical properties of this PUF indicated that they change with the density of PUF and follow the Power law.The increase in the me-chanical properties of the PUF was due to the increase in the crosslinks and formation of additional crosslinks that arose from biuret formation by a reac-tion between distilled water and PMDI.The studies of morphology by SEM showed that the cell size of the PUF increased with the decrease in density.It was due to the evolution of more blowing gas and with increase in distilled water.Interestingly,the thermal conductivity of the PUF increased with the decrease in the density,which is due to convective transfer by trapped gases in large cells.The glass transition temperature of the PUF slightly increased with the increase in water content and decrease in density due to the rigid polyurea and additionalcrosslinks arising from biuret formation.The thermal stability of the PUF decreased with the increase in water content and decrease in density,due to the formation of thermally weakest links such as biuret and allophanate in lowest density and higher water content.The authors thank Huntsman International India Pvt.Ltd.,India and Goldschmidt,Germany for providing the neces-sary raw materials.References1.Doyle,E.N.The Development and Use of Polyurethane prod-ucts;McGraw-Hill:New York,1971.2.Szycher,M.Handbook of Polyurethanes;CRC Press:New York,1999.3.Zaumbrecher,K.;Barth,H.Jpn.Pat.338,094(1958).4.Oertel,G.Polyurethane Handbook;Hanser:New York,1994.5.Ferrigno,T.H.Rigid Plastics Foams;Reinhold:New York,1967.6.Healy,T.T.Polyurethane Foams,Proceedings of the Sympo-sium on Polyurethane Foams;Iliffe:London,1964.7.Singh,S.N.Blowing Agents for Polyurethane Foams;Rapra Review Report,Vol.12;Rapra Technology:Shawbury,UK,2002.8.Bruins,P.F.Polyurethane Technology;Interscience:New York,1969.9.Fabrice,S.M.;Laurent,C.;Jean,Y.C.;Emanuelle,-pos Sci Technol 2006,66,2700.10.Seo,W.J.;Jung,H.C.;Hyun,J.C.;Kim,W.N.;Lee,Y.-B.;Choe,K.H.;Kim,S.-B.J Appl Polym Sci 2003,90,12.11.Kristen,L.P.;Eric,J.B.Polym Eng Sci 1996,36,2404.12.Niyogi,D.;Kumar,R.;Gandhi,K.S.Polym Eng Sci 1999,39,199.13.Pravakar,M.;Khakhar,D.V.J Appl Polym Sci 2004,93,2830.14.Seo,W.J.;Park,J.H.;Sung,Y.T.;Hwang,D.H.;Kim,W.N.;Lee,H.S.J Appl Polym Sci 2004,93,2334.15.Goods,S.H.;Neuschwanger,C.L.;Henderson,C.C.;Skala,D.M.J Appl Polym Sci 1998,68,1045.16.Jung,H.C.;Ryu,S.C.;Kim,Y.-B.;Choe,K.H.;Kim,S.-B.J Appl Polym Sci 2001,81,486.17.Badri,K.H.;Othman,Z.B.;Razali,I.M.Iranian Polym J 2005,14,441.18.Jian,F.J.;Yong,L.C.;De,N.W.;Chun,P.H.;Stella,Z.;Lieve,V.;David,R.J Appl Polym Sci 2002,84,598.19.Kurt,C.F.;Jamesh,H.S.Plastic Foams,Part II;Marcel Dekker:New York,1973.20.Seo,W.J.;Jung,H.C.;Hyun,J.C.;Kim,W.N.;Lee,Y.-B.;Choe,K.H.;Kim,S.-B.J Appl Polym Sci 2003,90,12.21.Yaocuanc,M.;Mariko,Y.;Nobuo,S.J Appl Polym Sci 1996,60,1939.22.Ahern, A.;Verbist,G.;Weaire,R.;Phelan,R.;Fleurent,H.J Colloids Surf A:Phys Chem Eng Aspects 2005,263,275.23.Sergei,V.L.;Edward,D.W.Polym Int 2004,53,1585.Figure 11Effect of density on the weight loss and degra-dation temperature of the PUF.EFFECT OF FOAM DENSITY ON WATER BLOWN RIGID PUF 1817Journal of Applied Polymer Science DOI 10.1002/app。