聚氨酯泡沫塑料的制备

实验五软质聚氨酯泡沫塑料的制备

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

熟悉不同密度软质和硬质聚氨酯泡沫塑料的制备方法，了解聚氨酯泡沫塑料发泡的原理。

二、基本原理

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。

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。本实验主要采用预聚体法。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。

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CO2，放出的CO2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发生扩链反应得到含脲基的聚合物。

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。

三、主要药品与仪器

三羟基聚醚（PPG-330）（分子量约3000，三官能度）35 g

甲苯二异氰酸酯（TDI 2,4/2,6比例80/20）10 g

三乙醇胺（发泡催化剂）0.1 g

二月桂酸二丁基锡(催化剂) 0.1 g

二甲基硅油（发泡稳定剂）0.1~0.2 g

烧杯，玻璃棒，一次性纸杯

四、实验步骤

1．在一50 mL烧杯（1#）中依次加入25g三羟基聚醚、10 g甲苯二异氰酸酯和0.1 g （约3滴）二月桂酸二丁基锡，搅拌约30分钟，可观察到有反应热放出，温度大约到80℃维持10分钟，如果温度不够需加热。

2．在另一25 mL烧杯（2#）中将0.1 g（约3滴）三乙醇胺溶解在0.2 g（约5滴）水和10 g三羟基聚醚中。

3. 然后在2# 烧杯中加入0.1~0.2 g（约10滴）硅油，搅拌均匀后倒入1# 烧杯，搅拌均匀，当反应混合物变稠后，将其倒入纸杯中。

4．在室温下放置30分钟后，放入约70℃的烘箱中加热30分钟，即可得到一块白色的软质聚氨酯泡沫塑料。

五、思考题

聚氨酯泡沫塑料的软硬有哪些因素决定？如何保证均匀的泡孔结构？