全水发泡在阻燃聚氨酯硬泡中的应用研究本科毕设论文.docx

1、全水发泡在阻燃聚氨酯硬泡中的应用研究本科毕设论文 高分子材料与工程毕业论文 专业：高分子材料与工程 题目：全水发泡在阻燃聚氨酯硬泡中的应用研究 摘要采用多元醇、异氰酸酯、催化剂、发泡剂和阻燃剂等为原料制备了全水发泡阻燃聚氨酯硬质泡沫（PURF），讨论了聚醚多元醇种类、催化剂、发泡剂、异氰酸酯指数以及阻燃剂对聚氨酯硬质泡沫性能的影响。结果表明 ，聚酯多元醇能够改善泡孔结构 ，但降低压缩强度和尺寸稳定性；不同催化剂复配 ，可以控制发泡工艺;水发泡剂与泡沫的密度、泡孔结构、力学性能有关；异氰酸酯指数在1.11.2时 ，泡沫的压缩强度、尺寸稳定性等较好;三(2-氯异丙基) 磷酸酯(TCPP)可赋予聚氨

2、酯硬质泡沫一定的阻燃性，但对泡体结构、压缩强度和尺寸稳定性有影响。关键词：聚氨酯硬质泡沫，全水发泡，阻燃性能 ABSTRACTThe water-blown rigid polyurethane flame-retardant foam(PURF) was prepared by polyol, isocyanate , catalyst ,blowing agents and flame retardants as raw materials,in this pape. The types of polyrther polyols, catalysts, blowing agents,iso

3、cyanate index and fire retardant on the PURF performance were investgated. The results show that the polyester polyol can improve the cell structure, but reduce the compression strength and dimensional stability; different catalyst compound, can control the foaming process; water foaming agent and f

4、oam density, cell structure, the mechanical properties; isocyanate index of 1.1 to 1.2, the foam compression strength, good dimensional stability, etc.; Tris-(2-chloroisopropyl)phosphate phosphate (TCPP) flame retardant may be given to PURF certain, but on the bubble structure, compressive strength

5、dimensional stability, and impact.Keywords：Rigid Polyurethane Foam,Water-blown, Flame retardant 目 录摘要 IABSTRACT II第一章 前言 11.1 聚氨酯概况 11.1.1聚氨酯简介及其应用 11.2 聚氨酯的发展现状及趋势 21.3硬质聚氨酯泡沫塑料 31.3.1硬质聚氨酯泡沫塑料的性能特点 31.3.2聚氨酯泡沫塑料的制备 31.3.3聚氨酯硬泡的应用 41.4 硬泡全水发泡技术 41.5 全水发泡在阻燃聚氨酯硬泡的研究 5第二章 实验部分 62.1 实验仪器及药品 62.2 基本化学反

6、应及泡沫形成原理 72.3硬泡合成过程及样品的制备 72.4抗压强度 82.5表观密度（GB/T 6343-1995） 82.6吸水率的测定 9第三章 结果与讨论 103.1 配方影响因素 103.1.1多元醇的选择及用量对泡沫性能的影响 103.1.2异氰酸酯指数的确定 123.1.3水的量对聚氨酯泡沫性能的影响 133.1.4聚氨酯硬泡的阻燃性能 15结 论 16参考文献 17致谢 18第一章 前言1.1 聚氨酯概况1.1.1聚氨酯简介及其应用聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称。凡是在高分子主链上含有许多重复的(-NHCOO-)氨基甲酸酯基团的高分子化合物通称为聚氨酯。一般聚氨酯系由二元或多元有机

7、异氰酸酯与多元醇化合物（聚醚多元醇或聚酯多元醇）相互作用而得。根据所用原料官能度数目的不同，可以制成线形结构或体形结构的高分子聚合物。由于聚合物的结构不同，性能也不一样。利用这样的性质，聚氨酯类聚合物可以分别制成塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂等1。近二十年来，聚氨酯在这几个方面的应用都发展很快，特别是聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯橡胶、聚氨酯涂料发展更加迅速。聚氨酯泡沫塑料具有优良的物理机械性能、电学性能和耐化学性能，尤其是硬质聚氨酯泡沫塑料的热导率特别低，是一种优质的绝热保温保冷材料。聚氨酯泡沫塑料的密度大小及软硬程度均可以随着原料及配方的不同而改变，加上成型施工方面，使其它塑料品种无法与其相比。聚

8、氨酯泡沫塑料又分为软质聚氨酯泡沫塑料和硬质聚氨酯泡沫塑料。软质聚氨酯泡沫塑料，简称聚氨酯软泡，是一种具有一定弹性的柔软性聚氨酯泡沫塑料，它是聚氨酯制品中用量最大的一种聚氨酯产品。长期以来，聚氨酯软泡沫塑料的应用主要作为衬垫及绝热保温材料。现在的趋向是不断扩大应用领域，在农业上用于作物栽培，代替土壤，使农业生产工厂化，改造土壤，疏松土质，吸着肥料，提高肥料的利用率；在运输业上作为车辆的安全防震缓冲材料；在三废回收治理中，作为油类、农药的吸附材料，保护环境；在医药上作为包扎材料，代替石膏；以及一些国防尖端、航空宇宙飞行中的特殊材料。此外，可用作包装材料、过滤材料以及抗菌除臭泡沫等。为了建筑物的节能

9、，建筑部已颁布节能措施，要求采用新型保温绝热材料，聚氨酯泡沫塑料夹层材料是推广应用的主要品种之一，因而将会进一步扩大聚氨酯泡沫材料的发展。聚氨酯软泡多为开孔结构，具有密度低、弹性回复好、吸音、透气、保温等性能，主要用作家具垫材、床垫、交通工具座椅坐垫等垫材，工业和民用上也把软泡用作过滤材料、隔音材料、防震材料、装饰材料、包装材料及隔热材料等。按软硬程度，即耐负荷性能的不同，聚氨酯软泡可以分为普通软泡、超柔软泡、高承载软泡、高回弹软泡等，其中高回弹软泡、高承载软泡一般用于制造座垫、床垫。按生产工艺的不同，聚氨酯软泡又可分为块状软泡和模塑软泡，块状软泡是通过连续法工艺生产出大体积泡沫再切割成所需形

10、状的泡沫制品，模塑软泡是通过间隙法工艺直接将原料混合后注入模具发泡成所需形状的泡沫制品3。 聚氨酯软泡的主要用途包括以下几个方面4：1.垫材：如座椅、沙发、床垫等，聚氨酯软泡是一种非常理想的垫材材料，垫材也是软泡用量最大的应用领域。2.吸音材料：开孔的聚氨酯软泡具有良好的吸声消震功能，可用作室内隔音材料。3.织物复合材料：玩具，等。1.2 聚氨酯的发展现状及趋势随着我国国民经济的增长，国内近几年聚氨酯业发展也经历了日新月异的变化，其规模也是举世瞩目的，尤其是汽车和电子业的飞速发展使聚氨酯应用领域也实现了更多元化的发展。近年来世界聚氨酯研究比较活跃，主要集中于原料的选择、工艺路线的优化及物性改善

11、等方面。液晶聚氨酯是由刚性致介基因和柔性间隔基团连接而成，是一种在溶体状态下有液晶性能的聚氨酯弹性体。该材料具有良好的机械、热稳定、高弹性、高延伸性能及良好的加工性能。液晶聚氨酯弹性体的合成采取一步或二步聚会的方法加工成型，工艺多样，挤出、注射模塑、涂覆均可5。作为一个年均增长率长期高于全球经济增长率的产业，聚氨酯工业迅猛发展的势头有赖于其技术的快速发展及应用领域的不断拓展。随着聚氨酯产品大众化趋势的加剧，开发新产品、拓展新用途对聚氨酯工业能否继续保持良好发展势头变得至关重要。在其他聚氨酯新技术的研发中，降低VOC和中间体游离TDI技术的研究、可降解回收的聚氨酯材料的研制、喷涂聚脲弹性体技术等

12、也是业界关注的焦点，这些技术恰恰也是建立在保护环境、促进经济可持续发展的基础上。而拓展聚氨酯产品新用途和新的应用领域，则是各大公司重点研究方向。1.3硬质聚氨酯泡沫塑料1.3.1硬质聚氨酯泡沫塑料的性能特点硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)是聚氨酯材料体系中最重要的品种之一，它具有密度在大范围内可调，绝热隔音性能较佳，比模量和比强度高，有较好的化学稳定性等优点;同时合成硬质聚氨酯泡沫塑料的原料(主要指聚多元醇)结构多变，使其性能变化范围广泛，而且加工方式灵活，既可以自由发泡，又可以模塑成型，还可以现场喷涂.因此硬质聚氨酯泡沫塑料受到普遍重视而发展迅速。硬质聚氨酯泡沫塑料的用途主要分为两大类，即绝热

13、材料和结构材料，前者的密度一般在0.1 g/cm3以下，主要用于工业或家用的隔热和制冷，后者的密度一般超过0.1 g/cm3，主要用于汽车工业和建筑结构件，因为其密度小，比模量和比强度高，也为航空和航天应用领域所关注。硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)是指在一定负荷作用下不发生明显形变，当负荷过大发生形变后恢复到初始状态的泡沫塑料。它是一种优良的绝热材料和结构材料，在聚氨酯中的消费量仅次于软质聚氨酯泡沫塑料6。硬质聚氨酯泡沫塑料由于成型工艺简单、导热系数低、比强度高、抗辐射、耐腐蚀等优良性能，而广泛用于包装、电子密封、减震等领域中，但弯曲强度和冲击强度稍差一些，为了进一步提高其力学性能，常采用在聚

14、氨酯体系中加入填料，如玻璃纤维、玻璃微球和无机填充物等。采用玻璃纤维对其进行增强是目前国内外采用较多的一种增强手段，己经有比较成熟的工艺及技术途径，其增强效果己被许多文献报道。为了有效提高聚氨酯体系的力学性能，从成型工艺、原材料配方、成品密度等角度对体系进行了各种研究，并取得了一系列的进展。除此以外，目前更倾向于从复合材料界面的角度来分析增强机理，越来越多的研究表明界面结合强度及界面层形成对成品的力学性能有非常大的影响，通过进行界面设计及结构改善，可有效提高玻璃纤维在基材中的分散性能、增加玻璃纤维与基材的结合强度,进一步提高增强效果。1.3.2聚氨酯泡沫塑料的制备发泡聚氨酯硬泡一般为室温发泡，

15、成型工艺比较简单。按施工机械化程度可分为手工发泡及机械发泡；按发泡时的压力可分为高压发泡及低压发泡；按成型方式可分为浇注发泡及喷涂。聚氨酯泡沫塑料在合成过程中伴有复杂的化学变化，影响泡沫结构性能的变化因素非常多。其中不仅涉及异氰酸酯，多元醇与水之间的化学反应，而且也涉及到起泡的胶体化学。泡沫体系的化学反应包括有扩链，起泡与交联等过程。这些反应与参加反应的物质结构、官能度、分子量等均有关系。通常聚氨酯泡沫塑料是通过在液态聚合物中引入气相，然后经加热或化学方法固化来得到8。发泡过程分成3个阶段：首先是液态聚合物内小泡的成核;然后是气泡长大到预定的体积;最后是保持泡体结构的稳定性。 1.3.3聚氨酯

16、硬泡的应用聚氨酯硬泡主要用途有以下方面：1.食品等行业冷冻冷藏设备：如冰箱、冰柜、冷库、冷藏车等，聚氨酯硬泡是冷冻冷藏设备的最理想的绝热材料。2.工业设备保温：如储罐、管道等。 3.建筑材料：在欧美发达国家，建筑用聚氨酯硬泡占硬泡总消耗量的一半左右，是冰箱、冰柜等硬泡用量的一倍以上；在中国，硬泡在建筑业的应用还不像西方发达国家那样普遍，所以发展的潜力非常大。4.交通运输业：如汽车顶篷、内饰件等。 5.仿木材：高密度（密度300-700kg/m3）聚氨酯硬泡或玻璃纤维增强硬泡是结构泡沫塑料，又称仿木材，具有强度高、韧性好、结皮致密坚韧、成型工艺简单、生产效率高等特点，强度可比天然木材高，密度可比天然木材低，可替代木材用作各类高档制品