聚氨酯泡沫塑料——高化實(shí)驗(yàn)報(bào)告.pdf

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1、高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告聚氨酯泡沫塑料的制備2011011743分1黃浩一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解制備聚氨酯泡沫塑料的反應(yīng)原理。2.了解各組份的作用及影響。二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)是使用聚醚與異氰酸酯擴(kuò)鏈生成預(yù)聚體，并利用水和異氰酸酯的反應(yīng)來發(fā)泡并進(jìn)一步延長分子鏈，最終生成多孔松軟的發(fā)泡塑料。聚氨酯泡沫塑料的合成可分為三個(gè)方面：1.預(yù)聚體的合成。由二異氰酸酯單體與聚醚330N反應(yīng)生成含異氰酸酯端基的聚氨酯預(yù)聚體。2.發(fā)泡與擴(kuò)鏈。在預(yù)聚體中加入適量的水，異氰酸酯端基與水反應(yīng)生成氨基甲酸，隨機(jī)分解生成一級(jí)胺與CO2，放出

2、的CO2氣體上升膨脹，在聚合物中形成氣泡，并且生成的一級(jí)胺可與聚氨酯、二異氰酸酯進(jìn)一步發(fā)生擴(kuò)鏈反應(yīng)。3.交聯(lián)固化。游離的異氰酸酯基與脲基上的活潑氫反應(yīng)，使分子鏈發(fā)生交聯(lián)形成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在本實(shí)驗(yàn)中，合成的是軟質(zhì)泡沫塑料，交聯(lián)反應(yīng)相對(duì)較少，但也存在。聚氨酯泡沫塑料的軟硬取決于所用的羥基聚醚或聚酯，使用較高分子量及相應(yīng)較低羥值的線型聚醚或聚酯時(shí)，得到的產(chǎn)物交聯(lián)度較低，制得的是線性聚氨酯，為軟質(zhì)泡沫塑料；若用短鏈或支鏈的多羥基聚醚或聚酯，所得聚氨酯的交聯(lián)密度高，為硬質(zhì)泡沫塑料，伸長率1高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告小

3、于10%，復(fù)原慢；此外還有半硬質(zhì)泡沫塑料，性能在上述兩種之間。除了軟硬之外，泡沫塑料還有開孔和閉孔之分，前者類似于海綿，具有相互聯(lián)通的小孔結(jié)構(gòu)，而后者則是由高聚物包裹起來的氣囊所構(gòu)成。在發(fā)泡塑料中，多孔結(jié)構(gòu)可以由聚合本身放出，也可以加入發(fā)泡劑，如碳酸氫銨、揮發(fā)性溶劑，或者直接在預(yù)聚物中吹入氣體。聚氨酯屬于聚合反應(yīng)本身產(chǎn)生氣體，異氰酸酯可以與任何帶有活潑氫的物質(zhì)反應(yīng)，當(dāng)與水反應(yīng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和有機(jī)胺類，后者會(huì)繼續(xù)與異氰酸酯反應(yīng)，即擴(kuò)鏈。在泡沫塑料的制備過程中，也會(huì)使用催化劑，二價(jià)的有機(jī)錫、鋅鹽或三

4、級(jí)胺，都能活化異氰酸酯。聚氨酯泡沫塑料有三種制備方法，分別是預(yù)聚體法、半預(yù)聚體法和一步法，前兩者是先聚合、擴(kuò)鏈生成預(yù)聚體，再進(jìn)行發(fā)泡、交聯(lián)等，適于制備硬質(zhì)泡沫塑料。本實(shí)驗(yàn)是使用一步法，所有料一次加入，擴(kuò)鏈、發(fā)泡、交聯(lián)同時(shí)進(jìn)行，對(duì)配方和條件要求較高。三、實(shí)驗(yàn)背景聚氨基甲酸酯分子中具有強(qiáng)極性基團(tuán)，使它與聚酰胺有某些類似之處，聚合物中存在著氫鍵，使它具有高強(qiáng)度、耐磨、耐溶劑等特點(diǎn)，而且可通過改變單體的結(jié)構(gòu)、分子量等，在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)聚氨酯的性能，使之在塑料、橡膠、涂料、粘合劑、合成纖維等領(lǐng)域中有著廣泛的用

5、途。聚氨酯可以制成纖維、涂料、橡膠、熱塑彈性體、粘合劑、生物醫(yī)用材料：聚氨酯涂料由于其漆膜的粘附性很好，可用來保護(hù)金屬、橡皮、皮革、紙張和木材。聚氨酯橡膠具有特別好的耐磨性、撕裂強(qiáng)度、耐臭氧、紫外線和油，因此用來生產(chǎn)汽車和飛機(jī)輪胎。聚氨酯泡沫塑料具有軟質(zhì)和硬質(zhì)之分，這與所用原料、合成工藝以及用途要求有關(guān)。由于內(nèi)部氣孔的存在，可以有效阻斷（吸收）聲波、熱輻射，因此它們具有保溫、絕熱和隔音等性能。聚氨酯粘合劑具有高度的極性和活潑性，這是由于其分子中含有異氰酸酯基和氨基甲酸酯基所致，因而對(duì)多種材料具有極高

6、的粘附性能。聚氨酯由于具有良好的細(xì)胞相容性，而且純的聚合物無毒無害，因此可用作生物醫(yī)用材料，如人工髓核等。四、實(shí)驗(yàn)藥品1.聚醚330N：由甘油與環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷在堿性條件下聚合及精制而成，是一種高活性的三羥基聚醚，無色至微黃色透明粘稠液體，分子量在5000左右，本實(shí)驗(yàn)的聚醚2高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告330N的官能度為0.06mol/100g。正常使用不會(huì)對(duì)皮膚造成危害，必要時(shí)，需移走污染的衣裝，并用肥皂及清水沖洗皮膚15分鐘。2.二乙醇胺：無色粘性液體或結(jié)晶。有堿性，能吸收空氣中的二氧化碳和硫化氫等氣體

7、。易溶于水、乙醇，微溶于苯和乙醚，有吸濕性和腐蝕性，低毒。本實(shí)驗(yàn)中用來調(diào)節(jié)交聯(lián)點(diǎn)密度，如果不使用二乙醇胺，則交聯(lián)點(diǎn)密度過低，氣泡極易逸出而不會(huì)形成泡沫塑料，但如果二乙醇胺的含量過多，則交聯(lián)密度過大，粘度增大，氣泡難以產(chǎn)生，因此需要一個(gè)合適的量。3.去離子水：與二異氰酸酯反應(yīng)產(chǎn)生CO2，發(fā)泡劑。4.有機(jī)硅：表面活性劑，使氣泡均勻。5.有機(jī)錫：催化劑，加速反應(yīng)，活化異氰酸酯。6.混合異氰酸酯：平均分子量236，每分子有兩個(gè)異氰酸酯基，在本實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)過量10%，因?yàn)閺腂料向A料轉(zhuǎn)移時(shí)會(huì)有浪費(fèi)。五、實(shí)驗(yàn)步驟

8、因?qū)嶒?yàn)材料的限制，我們只做了淡黃色軟質(zhì)泡沫塑料的制備。配方1：（標(biāo)準(zhǔn)配方實(shí)驗(yàn)）A料：端羥基聚醚330N100.23g二乙醇胺1.224g去離子水4.021g有機(jī)硅泡沫穩(wěn)定劑0.505g有機(jī)錫催化劑0.767g4.0211.224B料：混合異氰酸酯(×2+0.06+×3)×0.5×236×1.1=70?18105操作1：在一塑料杯中加入A料各組分，共106.45g，混合均勻，為全組8人共用。我取了12.14gA料于一塑料杯中，另取7.98gB料于另一塑料杯，將B料迅速倒