聚氨酯泡沫塑料的制备实验

聚氨酯泡沫塑料的制备实验
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，因此得到了广泛的应用。

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、聚氨酯涂料及粘接剂。

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、基本原理
聚氨酯泡沫的形成是一种比任何其他聚氨酯的形成都远为复杂的过程，处在聚合物系统中的化学和物理状态变化外，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，还需要涉及到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在短时间内几乎同时进行，在物料混合均匀后，1—10秒即行发泡，0.5-3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。

OCN -R-NCO + H O
OH OCN-R-NH-C-O
O
O-C-NH-R-NCO
O
2、起泡的形成与扩链
异氰酸根与水反应生成的氨基甲酸不稳定，分解生成胺与与二氧化碳，放出的二氧化碳气体在聚合物中形成起泡，并且生成的端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
NCO + H 2
O
NH-C-OH
NH 2 + CO 2
O
NH 2 +
NCO
扩链
N-CH-NH
O 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
NH CO NH
R + OCN -R -
NCO + NH
CO
NH + CON -R -NCO +------R
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的较低羟值的线性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。

乳化剂可使水灾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。

表 1 制备泡沫塑料时产生的疵病原因及解决办法
三、仪器与原料
1、仪器 烧杯、玻璃、台秤、纸杯、烘箱
2、原料
原料 高密度泡沫 中密度泡沫 低密度泡沫 聚醚330 100 100 100
甲苯二异氰酸酯 30-35 35-40 37-42
NH CO
N-CONH-R-NCO-NH R
R
CO
NH-OCN-R-NCO
水 1.5-2.5 2.5-3 3-3.5
辛酸亚锡0.1-0.2 0.2-0.3 0.2-0.3
三乙基二胺0.2-0.3 0.1-0.2 0.1-0.2硅油 1.0-2.0 1.0-2.0 1.5-2.5
二氯甲烷0.5-1.5 0.5-1.5 15-2.5
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90-120°C烘箱中熟化1h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、抗涨强度、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
硬质聚氨酯泡沫
五、思考题
1、对比三种配方制备的软质聚氨酯泡沫的性能，分析影响密度的因素有哪些？
2、聚氨酯泡沫塑料的软硬有哪些因素决定
3、如何保证均匀的泡孔结构？
六、参考文献
1、梁辉等主编。

高分子化学实验。

北京：化学工业出版社，2004。