不同原料組分對(duì)聚氨酯泡沫反應(yīng)溫度及泡沫密度、泡體結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性的影響

張 弛，聶士斌

(1.安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大學(xué)煤礦安全高效開采省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 淮南 232001)

不同原料組分對(duì)聚氨酯泡沫反應(yīng)溫度及泡沫密度、泡體結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性的影響

張 弛1,2，聶士斌1,2

(1.安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大學(xué)煤礦安全高效開采省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 淮南 232001)

為進(jìn)一步研究聚氨酯泡沫(PUF)的物理性能和熱性能，以一步法制備聚氨酯泡沫，研究了黑料、發(fā)泡劑、錫類催化劑和泡沫穩(wěn)定劑對(duì)PUF的影響。研究表明當(dāng)物理發(fā)泡劑HCFC-141B的質(zhì)量份數(shù)從8.33增加至50.0，反應(yīng)溫度從109℃下降到80.0℃，PUF密度從0.074 g/cm3下降到0.044 g/cm3，泡沫孔徑明顯增大，同時(shí)PUF800℃殘?zhí)苛繌?5%下降到5%；當(dāng)泡沫穩(wěn)定劑硅油1086的質(zhì)量份數(shù)從0增加到3.33，PUF反應(yīng)溫度從113℃下降到84.5℃，密度從0.222 g/cm3下降到0.047 g/cm3，泡沫孔徑明顯減小，泡體變得致密規(guī)整，同時(shí)PUF800℃殘?zhí)苛繌?6%上升到23%。實(shí)驗(yàn)表明，配方為44V20 167份，HCFC-141B 8.33份，C-101 0.083份，硅油1086 3.33份的泡沫具有較好的物理性能和熱性能。

聚氨酯泡沫；反應(yīng)溫度；密度；熱穩(wěn)定性；泡體結(jié)構(gòu)

聚氨酯(PU)于二十世紀(jì)三十年代由德國(guó)化學(xué)家Bayer發(fā)明，其產(chǎn)品種類豐富，物理化學(xué)性能優(yōu)異，已成為應(yīng)用最廣泛的合成樹脂之一。一般認(rèn)為分子結(jié)構(gòu)含有氨基甲酸酯基團(tuán)(-NH-COO-)的聚合物都可稱為PU[1]。PU合成的主要原料是多元異氰酸酯及多元醇化合物。而在實(shí)際生產(chǎn)中，為了得到聚氨酯軟泡塑料、聚氨酯硬泡塑料、聚氨酯橡膠、聚氨酯預(yù)聚體等多種不同性質(zhì)的產(chǎn)品，擴(kuò)鏈劑、交聯(lián)劑、催化劑等助劑也被廣泛應(yīng)用于PU的生產(chǎn)中[2]。

聚氨酯泡沫(PUF)是一類重要的PU類產(chǎn)品，具有生產(chǎn)工藝多樣、產(chǎn)品性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)[3]。性能優(yōu)良的PUF產(chǎn)品對(duì)反應(yīng)溫度和泡沫密度具有嚴(yán)格限制。溫度是影響反應(yīng)速率和產(chǎn)物穩(wěn)定性的重要因素，過低或過高都會(huì)影響反應(yīng)活性和產(chǎn)品質(zhì)量[4]；泡沫密度主要影響機(jī)械強(qiáng)度，密度不足以及密度不均都會(huì)導(dǎo)致機(jī)械性能下降。此外，高熱穩(wěn)定性、完善的泡體結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步拓展聚氨酯泡沫的應(yīng)用范圍[5]。

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于聚氨酯泡沫反應(yīng)溫度的研究較少，同時(shí)聚氨酯泡沫的其他物理性質(zhì)仍然存在進(jìn)一步研究的空間。實(shí)驗(yàn)以常見PUF配方為基礎(chǔ)，探究了黑料、發(fā)泡劑、錫類催化劑和泡沫穩(wěn)定劑對(duì)聚氨酯泡沫反應(yīng)溫度及泡沫密度、熱穩(wěn)定性、泡體形態(tài)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

實(shí)驗(yàn)原料：多異氰酸酯44V20，上海拜耳；聚醚多元醇4110，山東三源聚氨酯有限公司；硅油1086，上海鑫銳化工科技有限公司；甘油，分析純， 國(guó)藥集團(tuán)；三乙醇胺，分析純，國(guó)藥集團(tuán)；C-101(二月桂酸二丁基錫)，北京三安化工廠；A-33(三乙烯二胺)，上海敏晨化工；一氟二氯乙烷HCFC-141b，濟(jì)寧華凱樹脂有限公司。

1.2 配方

以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，聚醚100份，黑料100～200份，物理發(fā)泡劑0～100份，硅油0～8.3份，催化劑 0～0.3份，擴(kuò)鏈劑/交聯(lián)劑 0～33份。

1.3 實(shí)驗(yàn)操作

采取手工發(fā)泡制取樣品：稱取組分A(黑料)，組分B(聚醚，硅油，催化劑，擴(kuò)鏈劑)；迅速將組分A、B混合，加入定量物理發(fā)泡劑；以確定功率攪拌確定時(shí)間，等待發(fā)泡；將溫度計(jì)自泡沫中心以固定高度插入，至溫度計(jì)讀數(shù)達(dá)到峰值不再變化，記錄讀數(shù)。

泡沫樣品在80℃烘箱中放置6h，確保反應(yīng)完全。于常溫放置72h，確保樣品尺寸穩(wěn)定，不再變化。

采取排水法測(cè)量泡沫密度：將泡沫規(guī)整切塊，稱取其質(zhì)量m1；取燒杯充滿水，稱取其質(zhì)量m2；將泡沫用細(xì)針完全壓入水中(不觸底)溢出水并保持燒杯盈滿狀態(tài)；將燒杯外壁殘水擦凈，稱取燒杯、水、泡沫總質(zhì)量m3；求得泡沫密度=m1/(m2-m3+m1)*水密度。

熱重分析采用島津TGA/SDTA851，N2氛圍，升溫速率20℃/min，溫度氛圍100～800℃。

2 數(shù)據(jù)及分析

2.1 黑料添加量的影響

選擇多異氰酸酯44V20作為變量研究黑料對(duì)PUF反應(yīng)溫度及泡沫密度、泡體形態(tài)、熱穩(wěn)定性的影響。其中反應(yīng)溫度隨44V20添加量增加的變化如表1所示。當(dāng)采用44V20的質(zhì)量份數(shù)為100時(shí)，反應(yīng)溫度為86.0℃，當(dāng)44V20質(zhì)量份數(shù)進(jìn)一步增加到150，體系的反應(yīng)溫度上升到107℃。而隨著44V20質(zhì)量份數(shù)繼續(xù)增加到183，反應(yīng)溫度為94.0℃。整體來看，反應(yīng)溫度隨著黑料添加量的增加呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。

黑料作為反應(yīng)主體，其添加量決定反應(yīng)物濃度，對(duì)反應(yīng)速率具有較大影響。一方面,聚氨酯反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)[1]，黑料的增加提升了異氰酸根濃度，會(huì)造成凝膠反應(yīng)速率提升，導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)放熱總量的增加，使反應(yīng)溫度上升。另一方面，隨著黑料添加量的增加，異氰酸根經(jīng)歷了從不足到過量的過程，當(dāng)黑料添加量增大到一定時(shí)，反應(yīng)放熱總量不變而物料總量增加，溫度出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

PUF密度隨著44V20添加量增加的變化如圖1和表1所示。當(dāng)44V20質(zhì)量份數(shù)為100時(shí)，泡沫密度達(dá)到最大值為0.103 g/cm3；隨著44V20的增加，泡沫密度出現(xiàn)下降，并當(dāng)黑料質(zhì)量份數(shù)為150時(shí)，PUF密度為0.048 g/cm3。此后，隨著44V20添加量增加，PUF密度趨于穩(wěn)定，44V20質(zhì)量份數(shù)為200時(shí)泡沫密度為0.044 g/cm3。整體來看，泡沫密度隨著44V20添加量的增加先出現(xiàn)下降，后在穩(wěn)定在0.046 g/cm3左右。

不同44V20添加量的泡沫掃描電鏡(SEM)照片如圖2所示。當(dāng)44V20質(zhì)量份數(shù)為100時(shí)，泡孔致密但不規(guī)整，主要是由于黑料不足，孔壁強(qiáng)度低，無法維持泡體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，產(chǎn)生部分褶皺，進(jìn)而導(dǎo)致泡沫收縮；當(dāng)44V20質(zhì)量份數(shù)為150時(shí)，泡孔形態(tài)較規(guī)整，孔徑增大，開孔增多；而當(dāng)44V20質(zhì)量份數(shù)為167時(shí)，泡孔孔徑進(jìn)一步增大，開孔率繼續(xù)增大。

不同44V20添加量的泡沫的TG曲線如圖3所示。改變44V20添加量對(duì)PUF在800℃時(shí)的殘?zhí)苛孔兓淮?，但是PU的起始分解溫度出現(xiàn)較大差異。從圖中可以看出，當(dāng)44V20質(zhì)量份數(shù)為100時(shí)，PUF失重5%時(shí)溫度為225℃，當(dāng)44V20質(zhì)量份數(shù)增加到150時(shí)，PU失重5%時(shí)溫度為257℃，而當(dāng)44V20質(zhì)量份數(shù)達(dá)到167時(shí)，PUF失重5%時(shí)溫度為273℃。說明異氰酸指數(shù)的增加導(dǎo)致了PUF交聯(lián)度的提升，從而提升了泡沫的熱穩(wěn)定性[1,6]。因此隨著黑料添加量的增加，PUF的熱穩(wěn)定性呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。

圖1 不同44V20添加量的PUF照片(a 167份；b 100份；c 150份)

44v20/質(zhì)量份數(shù)100116133150167183200溫度/℃86.090.088.0107.098.094.094.0密度/(g·cm-3)0.1030.0720.0560.0480.0460.0480.044

圖2 不同44V20添加量的PUF的SEM照片(a 167份；b 100份；c 150份)

2.2 物理發(fā)泡劑的影響

選用HCFC-141B(一氟二氯乙烷)研究物理發(fā)泡劑對(duì)PUF反應(yīng)溫度及泡沫密度、泡體形態(tài)、熱穩(wěn)定性的影響。反應(yīng)溫度隨著141B添加量變化情況如表2所示。當(dāng)未添加141B時(shí)，反應(yīng)溫度為105.0℃，在141B質(zhì)量份數(shù)增加到16.7時(shí)，反應(yīng)溫度為105.5℃，與未添加141B時(shí)大體相同。但是隨著141B含量的增加，體系反應(yīng)溫度明顯下降，在質(zhì)量份數(shù)為50時(shí)，體系的反應(yīng)溫度僅為80.0℃。

圖3 不同44V20添加量的PUF的TG曲線

物理發(fā)泡劑一般是氟氯烴類、戊烷、液態(tài)二氧化碳等低沸點(diǎn)物質(zhì)，通過吸熱汽化，使泡沫發(fā)泡[6]。物理發(fā)泡劑不參與反應(yīng)，對(duì)于反應(yīng)放熱無直接影響，但其改變了PUF發(fā)泡情況，對(duì)體系散熱產(chǎn)生影響。另一方面，物理發(fā)泡劑汽化吸熱，帶走部分反應(yīng)放熱，使反應(yīng)溫度出現(xiàn)下降趨勢(shì)。從圖4可以看出，隨著物理發(fā)泡劑含量的增加，PUF泡孔孔徑發(fā)生明顯變化。在141B 質(zhì)量份數(shù)增加到16.7時(shí)，體系溫度沒有變化，說明此時(shí)孔徑變化和氣化吸熱影響達(dá)到一種平衡狀態(tài)。在141B質(zhì)量份數(shù)超過33.3時(shí)，此時(shí)物理發(fā)泡劑揮發(fā)吸熱作用占據(jù)主導(dǎo)作用，所以使反應(yīng)溫度明顯下降。

PUF密度和體積隨141B添加量增加的變化如表2和圖5所示。隨著物理發(fā)泡劑添加量的增加，泡沫致密程度明顯降低。當(dāng)未添加141B時(shí)，泡沫密度為0.111 g/cm3，隨著141B的加入，泡沫密度出現(xiàn)下降，在141B質(zhì)量份數(shù)為8.33時(shí)，泡沫密度為0.074 g/cm3，隨著141B的質(zhì)量份數(shù)進(jìn)一步增加為50.0時(shí)，泡沫密度下降為0.044 g/cm3。隨著物理發(fā)泡劑添加量的增加，泡沫密度下降[7,8]。

不同141B添加量的泡沫的SEM照片如圖4所示。當(dāng)141B質(zhì)量份數(shù)為8.33時(shí)，PUF未完全發(fā)泡，泡沫泡孔致密，泡體規(guī)整，孔徑較小，泡沫密度大；當(dāng)141B質(zhì)量份數(shù)為33.3時(shí)，PUF發(fā)泡充分，泡孔孔徑增加，密度下降，同時(shí)泡體開始不規(guī)整。當(dāng)物理發(fā)泡劑質(zhì)量份數(shù)增加到50.0時(shí)，泡沫的孔徑差異更大。過量的物理發(fā)泡劑在發(fā)泡體系中分布不均，可能無法均勻受熱，會(huì)造成泡沫密度降低及分布不均，影響泡沫性能。

不同物理發(fā)泡劑添加量泡沫的TG曲線如圖6所示。改變物理發(fā)泡劑添加量對(duì)于PUF800℃最終殘?zhí)苛烤哂休^大影響。當(dāng)物理發(fā)泡劑質(zhì)量份數(shù)為8.33時(shí)，PUF的殘?zhí)苛繛?5%，當(dāng)物理發(fā)泡劑質(zhì)量份數(shù)增加到33.3時(shí)，PUF的殘?zhí)苛肯陆禐?3%，而當(dāng)物理發(fā)泡劑質(zhì)量份數(shù)達(dá)到50.0時(shí)，PUF的殘?zhí)苛績(jī)H為5%。此外，從圖6可以看出，當(dāng)物理發(fā)泡劑添加量為50.0份時(shí)，PUF熱失重5%的溫度為225℃，較物理發(fā)泡劑添加量為8.33份時(shí)(265℃)出現(xiàn)明顯降低。物理發(fā)泡劑的加入降低了反應(yīng)溫度，可能導(dǎo)致凝膠反應(yīng)程度降低，反應(yīng)產(chǎn)物更易被氧化。因此PUF的熱穩(wěn)定性隨著物理發(fā)泡劑添加量的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

表2 PUF反應(yīng)溫度、泡沫密度與物理發(fā)泡劑添加量的關(guān)系

圖4 不同141B添加量的PUF的SEM照片(a 33.3份；b 8.33份；c 50.0份)

圖5 不同141B添加量的PUF照片(a 33.3份；b 8.3份；c 50.0份)

圖6 不同141B添加量的PUF的TG曲線

2.3 錫類催化劑的影響

選擇C-101研究錫類催化劑對(duì)PUF反應(yīng)溫度及泡沫密度、泡體形態(tài)、熱穩(wěn)定性的影響。隨著C-101添加量增加，泡沫反應(yīng)溫度如表3所示。當(dāng)C-101質(zhì)量份數(shù)為0.041時(shí)，反應(yīng)溫度為81.0℃。隨著添加量進(jìn)一步增加，反應(yīng)溫度逐漸上升。當(dāng)C-101質(zhì)量份數(shù)為0.167時(shí)，反應(yīng)溫度達(dá)到最大值101.0℃。而當(dāng)C-101質(zhì)量份數(shù)繼續(xù)增加到0.250時(shí)，反應(yīng)溫度下降為89.0℃。反應(yīng)溫度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。錫類催化劑對(duì)于提升PUF反應(yīng)速率尤其是凝膠反應(yīng)速率具有較大的作用，適當(dāng)?shù)腻a類催化劑顯著增加單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)放熱，使反應(yīng)溫度升高[1]。

隨著C-101添加量的增加PUF密度的變化如表3所示。當(dāng)未使用C-101時(shí)，泡沫密度為0.045 g/cm3。當(dāng)C-101質(zhì)量份數(shù)為0.041時(shí)泡沫密度為0.042 g/cm3，當(dāng)C-101質(zhì)量份數(shù)增加為0.125時(shí)泡沫密度達(dá)到最大值0.048 g/cm3。隨著C-101質(zhì)量份數(shù)進(jìn)一步增加到0.250時(shí)，泡沫密度減小為0.028 g/cm3。PUF的密度隨著錫類催化劑添加量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。

不同C-101催化劑添加量的PUF的SEM照片如圖7所示。當(dāng)C-101質(zhì)量份數(shù)為0.041時(shí)，泡沫孔徑大，泡體形態(tài)極不規(guī)則，孔壁存在褶皺且破裂嚴(yán)重；當(dāng)C-101質(zhì)量份數(shù)為0.083時(shí)，泡沫孔徑明顯變小，泡體破裂減輕；當(dāng)C-101質(zhì)量份數(shù)進(jìn)一步增加到0.167時(shí)，泡孔更加致密，泡體結(jié)構(gòu)較為清晰完整。說明隨著錫類催化劑添加量的增加，泡體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加，能夠形成穩(wěn)定、規(guī)整的孔洞。

不同C-101添加量的PUF的TG曲線如圖9所示。改變C-101添加量對(duì)于PUF800℃最終殘?zhí)苛烤哂休^大影響。當(dāng)錫C-101質(zhì)量份數(shù)為0.041時(shí)，PUF800℃的最終殘?zhí)苛繛?5%，當(dāng)C-101質(zhì)量份數(shù)為0.083時(shí)，PUF800℃的最終殘?zhí)苛繛?3%，而當(dāng)C-101質(zhì)量份數(shù)為0.167時(shí)，PU800℃的最終殘?zhí)苛繛?%。同時(shí)，改變C-101添加量對(duì)于PUF的起始分解溫度也產(chǎn)生較大影響。C-101質(zhì)量份數(shù)為0.167時(shí)，PUF失重5%時(shí)溫度為225℃，較C-101質(zhì)量份數(shù)為0.041時(shí)(265℃)出現(xiàn)明顯降低。隨著錫類催化劑添加量的增加，PUF熱穩(wěn)定性出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

表3 聚氨酯反應(yīng)溫度、泡沫密度與錫類催化劑添加量的關(guān)系

圖7 不同C-101添加量的PUF的SEM照片(a 0.083份；b 0.041份；c 0.167份)

圖8 不同C-101添加量的PUF照片(a 0.083份；b 0.041份；c 0.167份)

圖9 不同C-101添加量的PUF的TG曲線

2.4 泡沫穩(wěn)定劑的影響

選擇硅油1086研究泡沫穩(wěn)定劑添加量對(duì)PUF反應(yīng)溫度及泡沫密度、泡體形態(tài)、熱穩(wěn)定性的。反應(yīng)溫度隨硅油1086添加量的變化如表4所示。當(dāng)硅油1086質(zhì)量份數(shù)為0.883時(shí)，反應(yīng)溫度為107℃。隨著硅油1086添加量的增大，反應(yīng)溫度下降。當(dāng)硅油1086質(zhì)量份數(shù)增加到3.33，反應(yīng)溫度下降至最低點(diǎn)84.5℃。但繼續(xù)增加硅油1086質(zhì)量份數(shù)至6.67時(shí)，反應(yīng)溫度又上升至102.0℃。PUF反應(yīng)溫度隨著泡沫穩(wěn)定劑添加量的增大呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。

泡沫穩(wěn)定劑不參與聚氨酯反應(yīng)，對(duì)于反應(yīng)放熱沒有直接影響，但泡沫穩(wěn)定劑的乳化作用，使黑料白料兩相混合均勻[6,9]，從而提升了體系散熱性能。如圖11所示，當(dāng)泡沫穩(wěn)定劑質(zhì)量份數(shù)增加至3.33時(shí)，泡沫泡孔致密，分布均勻。說明泡沫穩(wěn)定劑的加入，使得原料得以均勻混合、流動(dòng)性增加、密度均勻分布[9]，散熱性能提高，反應(yīng)溫度下降。硅油1086的質(zhì)量份數(shù)增加為6.67時(shí)，過多的泡沫穩(wěn)定劑導(dǎo)致的導(dǎo)致體系粘度降低，泡沫穩(wěn)定劑濃度超過臨界膠束濃度可能導(dǎo)致膠束聚集，泡孔孔徑變大[10]，同時(shí)泡沫閉孔率增加，這將導(dǎo)致散熱性能下降，反應(yīng)溫度升高。

PUF密度和體積隨著硅油1086添加量增加的變化如表4和圖11所示。當(dāng)硅油1086質(zhì)量份數(shù)為0.833時(shí)，泡沫密度達(dá)到0.132 g/cm3。隨著硅油1086質(zhì)量份數(shù)進(jìn)一步提升至3.33時(shí)，泡沫密度降低為0.047g/cm3。當(dāng)硅油1086質(zhì)量份數(shù)繼續(xù)增加至6.67時(shí)，泡沫密度上為0.046 g/cm3。PUF的密度呈現(xiàn)先下降趨勢(shì)，且隨著硅油1086添加量增加，下降趨勢(shì)減緩。

不同硅油1086添加量的PUF的SEM照片如圖10所示。由于完全不添加硅油1086的泡沫較脆，難以制備SEM樣品，因而采用硅油質(zhì)量份數(shù)為1.67份的泡沫進(jìn)行測(cè)試。從圖中可以看出，泡沫穩(wěn)定劑添加量低時(shí)泡沫沒有形成完整、封閉的泡體結(jié)構(gòu)，泡壁之間空隙、間隔大，大部分孔洞與其他照片中由于發(fā)泡劑氣體撐破泡壁形成的破孔存在明顯不同；當(dāng)硅油1086質(zhì)量份數(shù)為3.33時(shí)，泡沫孔徑減小，泡孔致密，形態(tài)規(guī)整；而當(dāng)硅油1086的質(zhì)量份數(shù)增加到6.67時(shí)，泡沫孔徑出現(xiàn)增大，泡孔結(jié)構(gòu)變得不規(guī)則。泡沫穩(wěn)定劑使物料流動(dòng)性增加，表面張力、粘度下降；同時(shí)泡沫穩(wěn)定劑有利于泡沫穩(wěn)定，消泡破泡減少，物理發(fā)泡劑逸出量減少，泡沫膨脹倍率提升，因此泡沫密度下降[9]。但當(dāng)泡沫穩(wěn)定劑添加量過多(6.67份)時(shí)，過高的濃度可能發(fā)生聚集，導(dǎo)致效果下降[11]。

不同硅油1086添加量的泡沫的TG曲線如圖12所示。改變硅油1086添加量對(duì)PUF800℃最終殘?zhí)苛烤哂休^大影響。當(dāng)未添加硅油1086時(shí)PUF800℃時(shí)的殘?zhí)苛繛?6%，當(dāng)硅油1086的質(zhì)量份數(shù)為3.33時(shí)PUF的800℃殘?zhí)苛繛?3%，而當(dāng)硅油1086的質(zhì)量份數(shù)增加到6.67時(shí)PUF800℃殘?zhí)苛繛?3%。但當(dāng)硅油1086質(zhì)量份數(shù)為6.67時(shí)，650℃之前泡沫的熱穩(wěn)定性有較大提升。同時(shí)，硅油1086的添加量對(duì)PUF的起始分解溫度也有影響。硅油1086質(zhì)量份數(shù)為3.33時(shí)，PUF失重5%時(shí)的溫度為273℃，較未添加硅油1086時(shí)(257℃)出現(xiàn)明顯提升。

表4 PUF反應(yīng)溫度、泡沫密度與泡沫穩(wěn)定劑添加量的關(guān)系

圖10 不同硅油1086添加量的PUF的SEM照片(a 3.33份；b 1.67份；c 6.67份)

圖11 不同硅油1086添加量的PUF照片(a 3.33份；b 1.67份；c 6.67份)

圖12 不同硅油1086添加量的泡沫的TG曲線

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)研究了黑料、物理發(fā)泡劑、錫類催化劑、泡沫穩(wěn)定劑對(duì)于PUF反應(yīng)溫度、產(chǎn)物密度、泡體形態(tài)和熱穩(wěn)定性的影響。研究表明，隨黑料添加量的增加，PUF反應(yīng)溫度先上升后下降，泡沫密度下降至一定值后保持穩(wěn)定，泡沫孔徑增大，收縮減輕，熱穩(wěn)定性提升；隨物理發(fā)泡劑添加量的增加，PUF反應(yīng)溫度下降，泡沫密度下降，泡沫孔徑增大，泡體排列雜亂，熱穩(wěn)定性降低；隨著錫類催化劑添加量增加，PUF反應(yīng)溫度先上升后下降，泡沫密度先升后降，泡沫孔徑減小，泡體規(guī)整致密，熱穩(wěn)定性降低；隨泡沫穩(wěn)定劑添加量增加，PUF反應(yīng)溫度先下降后上升，泡沫密度下降，泡沫孔徑先增后減，泡體保持規(guī)整，熱穩(wěn)定性降低。因此，綜合考慮泡沫物理性能和阻燃性能后得到的結(jié)論是，配方為44V20取167份，HCFC-141B取8.33份，C-101取0.083份，硅油1086取3.33份的泡沫具有較好的性能。

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(責(zé)任編輯：李 麗,編輯：丁 寒)

Effects of Different Components on Reaction Temperature, the Foam Density, Bubble Structure and Thermal Stability of the Polyurethane

ZHANG Chi1,2, NIE Shi-bin1,2

(1. School of Energy and Safety, Anhui University of Science and Technology, Huainan, Anhui 232001, China; 2. Key Laboratory of Mine Safety and High Efficient Mining Jointly Built by Province and Education Ministry, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China)

The physical property and thermal property of Polyurethane foam (PUF) have been studied. PUF has been prepared with one-step method in different mass fraction of the black material, the foaming agent, tin catalyst and foam stabilizer. When the mass fraction of physical foaming agent HCFC-141B increased from 0 to 83.3, the reaction temperature, density and residual char of the PUF decreased from 105℃ to 72℃, from 0.111 g/cm3 to 0.029 g/cm3 and from 25% to 5%, respectively. However, the bubble size increased obviously. When the mass fraction of silicone oil 1086 increased from 0 to 3.33, the reaction temperature decreased from 113℃ to 84.5℃ and the density decreased from 0.222 g/cm3to 0.047 g/cm3. Meanwhile, the bubble size also decreased obviously, and the residual carbon amount at 800℃ increased from 16% to 23%. When the mass fraction of black material, the foaming agent, tin catalyst and foam stabilizer were 167, 8.33, 0.083, 3.33, PUF had better physical property and thermal property.

polyurethane foam; reaction temperature; density; thermal stability; bubble structure

2016-04-07

張弛(1990-)，男，安徽淮北人，在讀碩士，研究方向：聚氨酯阻燃。

TQ328.3

A

1672-1098(2016)06-0039-08