纳米二氧化硅_聚氨酯酰亚胺复合泡沫材料的制备与性能.pdf

加工应用合成橡胶工业，2 0 1 0 0 5 1 5，3 3(3)：2 2 1 2 2 3C H I N AS Y N T H E T I CR U B B E RI N D U S T R Y纳米二氧化硅聚氨酯酰亚胺复合泡沫材料的制备与性能周成飞，曹巍，郭建梅，翟彤，曾心苗(北京市射线应用研究中心，北京1 0 0 0 1 2)摘要：采用预分散法和一步法制备了纳米S i O，聚氨酯酰亚胺(P U I)复合泡沫材料，考察了纳米S i O，对P U I 发泡过程的影响，研究了纳米S i O，P U I 复合泡沫材料的泡孔结构及性能。结果表明，在P U I 发泡过程中，随着纳米S i O，用量的增加，复合泡沫材料的开孔率增大，可有效防止泡沫收缩，且密度也减小；当纳米S i O：用量为1 0 份时，纳米S i O：P U I 复合泡沫材料具有比较均匀的泡孔结构，且具有较高的开孔率、良好的阻燃性和热稳定性；柔软性泡沫还具有较好的吸声性能关键词：纳米二氧化硅；聚氨酯酰亚胺；复合泡沫材料；开孔率；阻燃性；热稳定性；吸声性能中图分类号：T Q3 2 8 3文献标识码：B文章编号：l 0 0 0 1 2 5 5(2 0 1 0)0 3 0 2 2 1 0 3近年来，聚氨酯酰亚胺(P U I)材料作为一种高性能聚合物备受重视，可用作多功能材料及制备纳米复合材料的基材等。6o。在P U I 泡沫材料的制备中，如使用一般聚氨酯泡沫中常用的开孔剂等方法，难以达到控制泡沫收缩及其相关的开孔效果。因此，选择合适的方法以保证P U I 发泡过程中泡沫不收缩，同时又能调控泡孔结构，是制备泡沫材料的一个重要环节。纳米S i O，掺杂技术的发展为解决上述问题提供了一条可探索途径，利用纳米S i O：的特殊结构特性对聚合物进行改性或制备有机S i O：复合材料，可提高高分子材料的综合性能“。另外，纳米S i O：还具有“触变性”，常用于调节涂料及黏合剂的黏稠度。因此，本工作采用预分散法和一步法发泡工艺制备了纳米S i O：P U I 复合泡沫材料，考察了纳米S i O：对P U I 发泡过程的影响，并研究了纳米复合泡沫材料的相态结构与性能。l实验部分1 1原材料多苯基多亚甲基多异氰酸酯(P A P I)，牌号为P M 一2 0 0，烟台万华聚氨酯有限公司产品。纳米S i O：，牌号为T Y S 一6 1 0F，大孔容S i O：气凝胶，山西纳米材料科技有限公司产品，用前经表面处理。均苯四甲酸二酐(P M D A)，廊坊格瑞泰化工有限公司产品。多元醇，牌号为T E P 一3 0 3 3、T N T4 3 0，均为中国石化天津石化有限公司产品；牌号为B Y 一3 0 8 1，江阴友帮聚氨酯有限公司产品。磷酸三氯乙酯(T C E P)、甲基磷酸二甲酯(D M M P)，均为扬州晨光化工厂产品。三乙烯二胺，牌号为A E 一3 3，江苏雅克化工有限公司产品。三丁胺，北京化学试剂有限公司产品。硅油，牌号为B D 一3 0 8 0，杭州包尔得有机硅有限公司产品。乙酸钾溶液(K A c)，抚顺佳化聚氨酯有限公司产品。二氯一氟乙烷(H C F C 一1 4 1b)，浙江三环化工有限公司产品。1 2 试样制备含有纳米S i O：的多元醇采用预分散法制备：将纳米S i O：加入多元醇中，经过高速剪切搅拌，用扫描电子显微镜观察分散效果。纳米S i O，P U I 复合泡沫材料按表l 所示的配方及一步法模塑发泡方法制备柔软性复合泡沫S D D G 一5F、S D D G 一5G 和胺醚类复合泡沫Z K B 一7、Z K B 一8：先将P M D A 及其他发泡助剂加入到含有纳米S i O：的多元醇中，混合均匀制得A组分，然后将P A P I 与A 组分搅拌混合，注入模腔内，待发泡并熟化后，从模腔中取出。收稿B 期：2 0 0 9 0 4 0 l；修订日期：2 0 1 0 一0 1 一0 8。作者简介：周成飞(1 9 1 5 8 一)，男，研究员。已发表论文5 0 余篇。基金项目：北京市科委研发攻关项目(Z0 8 0 0 0 3 0 3 2 2 0 8 0 4)。万方数据2 2 2 合成橡胶工业第3 3 卷T a b l e1R e c i p ef o rn a n o S 1 0 2 P U Ic o m p o s i t ef o a mp h r1 3 分析与测试用南京江南光电有限公司生产的X J Z D 型光学显微镜观察泡沫的泡孔结构形态。用美国M i c 仪器公司生产的1 3 4 0 型全自动真空度分析仪测定开孔率。用江宁县方山分析仪器设备厂生产的H C9 0 0 2 型氧指数测定仪按G B T2 4 0 6 1 9 9 3 测定氧指数。用声望公司生产的双通道测试仪按G B J8 8 1 9 8 5 测定驻波管法吸声系数。用日本岛津公司生产的T G A5 0 型热分析仪测定热失重曲线，测定温度为4 0 5 0 0q c。2 结果与讨论2 1纳米S i O：对P U I 发泡过程的影响2 1 1 开孔作用本实验首先从柔软性复合泡沫材料S D D G 一5F 和S D D G 一5G 的制备过程考察纳米S i O：对P U I 发泡过程的调节作用。从表2 可以看出，当在S D D G 一5F 和S D D G 一5G 的配方中未加纳米S i O：时，难以制得不收缩的泡沫。但是，当加入1 0 份纳米S i O：后，发泡过程中未发生明显的收缩现象，且随着纳米S i O，用量的增加，复合泡沫材料的开孔率增大，密度减小，说明所制得泡沫比较理想。这可归因于纳米S i O，在泡沫形成过程中发挥了开孔剂的作用，同时也防止泡沫发生收缩。同样，纳米S i O：对于胺醚类复合泡沫也具有开孔作用，但硬质泡沫在发泡过程中的收缩性对开孔作用的依赖程度要小些。T a b l e 2E f f e c to fl l a n o-S i 0 2a m o u n to nP U If o a m i n e s s2 1 2 固化时间实验测得，加入纳米S i O：可明显延长柔软性泡沫和胺醚类硬质泡沫的固化时间。但是，固化时间不仅与多元醇、异氰酸酯等原料有关，更重要的是与所用催化剂的种类及用量、环境温度等因素有关，为了更好地考察纳米S i O：对P U I 泡沫固化时间的延长效果，本实验引入了“延缓指数(R)”，即R 为加入纳米S i O，后泡沫的固化时间与未加纳米S i O，时泡沫的固化时间比值，当R 值越大，说明延缓效果越好。对于S D D G 一5F 等柔软性泡沫表面而言，R 值一般为3 0 左右；对于胺醚类硬质泡沫而言，若不加入纳米S i O：，由于胺醚的自催化作用，即使不加其他催化剂，发泡过程也会由于固化太快而难以控制；若加入纳米S i O：，则可延缓发泡固化时间，R 值可达到5 0，相当于不同程度地抵消了胺醚的自催化作用，故利于操作而易制得泡沫。2 2纳米S i O：P U I 复合泡沫材料的泡孔结构由图1 可以看出，当制备复合泡沫材料过程中加入1 0 份纳米S i O：时，泡沫具有比较均匀的泡孔结构。2 3纳米S i O：P U I 复合泡沫材料的性能由表3 可以看出，纳米S i O：P U I 复合泡沫材料具有很高的开孔率，其中，柔软性泡沫S D D G 一5F 和S D D G 一5G 的开孔率均达到9 4 6，胺醚类泡沫Z K B 一7 和Z K B 一8 的开孔率分别为9 6 3 和9 2 1，这一结果与上述纳米S i O：在P U I 发泡过程中起到的开孔作用相吻合。万方数据第3 期周成飞等纳米二氧化硅聚氨酯酰亚胺复合泡沫材料的制备与性能2 2 3 F i g1O p t i c a lm i c r o s c o p i cp h o t o so fn a n o-S i 0 2 P U Ic o m p o s i t ef o a m(n a n o S i 0 21 0p h r)T a b l e3P r o p e r t i e so fn a n o S i 0 2 P U Ic o m p o s i t ef o a m(n a n o-S i 0 21 0p h r)S D D G S D D G Z K B Z K B P r o p e r t y5F5G78D e n s i t y(g c m 3、0 0 3 10 0 2 60 0 3 30 0 2 4O p e nc e l lc o n t e n t 9 4 69 4 69 6 39 2 1O x y g e ni n d e x 2 82 83 13 1A v e r a g ea c o u s t i cc o e f f l c i e n t0 3 40 3 90 2 90 1 9T e m p e r a t u r ea t l o s s5 1 9 4 41 9 2 8I8 8 91 7 9 2从表3 可知，纳米S i O：P U I 复合泡沫材料具有良好的阻燃性能和热稳定性，氧指数都不小于2 8，空气中5 热失重温度为1 7 5 1 9 5；并且柔软性泡沫S D D G 一5F 和S D D G 一5G 在厚度为3 0h i m、频率为1 0 0 50 0 0H z 的条件下，平均吸声系数分别为0 3 4 和0 3 9，说明具有较好的吸声性能。3 结论a)在P U I 发泡过程中，随着纳米S i O，用量的增加，复合泡沫材料的开孔率增大，可有效防止泡沫收缩，且密度也减小。b)当纳米S i O：用量为1 0 份时，纳米S i O：P U I 复合泡沫材料具有比较均匀的泡孔结构，且具有较高的开孔率、良好的阻燃性和热稳定性；柔软性泡沫还具有较好的吸声性能。参考文献：1 朱申敏，孙辉，程时远，等高性能聚合物聚氨酯一酰亚胺的结构和性能的分子模拟 J 高分子材料科学与工程，2 0 0 l，1 7(4)：3 0 3 5 2 张长生，罗世凯，尚蕾，等新型聚氨酯一酰亚胺聚合物的性能研究 J 化工新型材料，2 0 0 5，3 3(1 0)：4 2 4 4 3 曾治平，鲁圣军，高庆。等软段结构对聚氨酯酰哑胺结构与性能的影响 J 胶体与聚合物，1 9 9 9(4)：2 6 2 9 4 L i uJ，M aDZ S t u d yo ns y n t h e s i sa n dt h e r m a lp r o p e r t i e so fp o l-y u r e t h a n e i m i d ec o p o l y m e r sw i t hm u l t i p l eh a r ds e g m e n t s J J o u r n a lo fA p p l i e dP o l y m e rS c i e n c e，2 0 0 2。8 4(5)：2 2 0 6 2 2 1 5 5 L i uJ，M aDz，L iz S t u d i e so nt h ec o m p a t i b i l i t yo fh a r d s o f ts e g m e n t sf o rp o l y u r e t h a n e i m i d ec o p o l y m e rw i t hd i f f e r e n ts o f ts e g m e n t s J E u r o p e a nP o l y m e rJ o u r n a l，2 0 0 2，3 8：6 6 1 6 6 5 6 C h e n gL，J i a nX G N o v e l m e t h o df o rt h ep r e p a r a t i o no fp o l y(u r e t h a n e i m i d e)s J J o u r n a lo fA p p l i e d P o l y m e rS c i e n c e，2 0 0 4，9 2(3)：1 5 1 6 一1 5 1 9 7 单薇，廖明义纳米S i O：的表面处理及其在聚合物基纳米复合材料中的应用进展 J 高分子通报，2 0 0 6(3)：1 9 8 张长生。赵晓东，罗世凯，等聚合物纳米S i O：复合材料的研究进展 J 塑料科技，2 0 0 5(1)：4 5 4 9 9 蔡亮珍，杨挺纳米S i O：在高分子领域中的应用 J 现代塑料加工应用，2 0 0 2，1 4(6)：2 0 2 2 1 0 刘俊渤，藏玉春，吴景贵，等纳米二氧硅的开发与应用 J 长春工业大学学报，2 0 0 3，2 4(4)：9 1 2 1 1 顾元松陈莉，陈苏纳米二氧硅复合材料的研究进展 J 南京工业大学学报，2 0 0 3，2 5(4)：1 0 7 1 1 0 P r e p a r a t i o na n dp r o p e r t i e so fn a n o-s i l i c a p o l y u r e t h a n e-i m i d ec o m p o s i t ef o a mZ h o uC h e n g f e i，C a oW e i，G u oJ i a n m e i，Z h a iT o n g，Z e n gX i n m i a o(B e i j i n gR a d i a t i o nA p p l i c a t i o nR e s e a r c hC e n t e r，B e i j i n g10 0 012，C h i n a)A b s t r a c t：T h en a n o S i 0 2 p o l y u r e t h a n e i m i d e(P U I)c o r n p o s i t ef o a mw a sp r e p a r e db yp r e d i s p e r s i o nm e t h o da n do n es h o tm e t h o d T h ee f f e c t o fn a n o S i 0 2o nt h eP U If o a m i n gp r o c e s sw a sd i s c u s s e d T h ef o a ms t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so fn a n o S i 0 2 P U Ic o m p o s i t ef o a mw a si n v e s t i g a t e d T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo p e nc e l lc o n t e n to ft h ec o m p o s i t ef o a mi n c r e a s e dt op r e v e n tt h ef o a mc o n t r a c t i o n，b u ti t sd e n s i t yd e c-r e a c e dw i t ht I l ei n c r e a s eo fn a n o S i O，a m o u n ti nt h ef o a m i n gp r o c e s so ft h eP U I W h e nn a n o S i 0 2w a s1 0p h r，t h ef o a ms t r u c t u r ew a sh o m o g e n e o u s，t h ec o m p o s i t ef o a mh a dh i g ho p e nc e l lc o n t e n t，g o o df l a m er e t a r d a n c ea n dt h e r m a ls t a b i l i t y I na d d i t i o n，t h es o f tf o a mh a dv e r yg o o da c o u s t i cp r o p e R y K e y w o r d s：n a n o s i l i c a；p o l y u r e t h a n e i m i d e：c o m p o s i t ef o a m；o p e nc e l lc o n t e n t；f l a m er e t a r d a n c e；t h e r m a ls t a b i l i t y；a c o u s t i cp r o p e r t y万方数据纳米二氧化硅/聚氨酯酰亚胺复合泡沫材料的制备与性能纳米二氧化硅/聚氨酯酰亚胺复合泡沫材料的制备与性能作者：周成飞，曹巍，郭建梅，翟彤，曾心苗，Zhou Chengfei，Cao Wei，Guo Jianmei，Zhai Tong，Zeng Xinmiao作者单位：北京市射线应用研究中心,北京,100012刊名：合成橡胶工业英文刊名：CHINA SYNTHETIC RUBBER INDUSTRY年，卷(期)：2010,33(3)被引用次数：1次 参考文献(11条)参考文献(11条)1.刘俊渤;藏玉春;吴景贵 纳米二氧硅的开发与应用期刊论文-长春工业大学学报 2003(04)2.朱申敏;孙辉;程时远 高性能聚合物聚氨酯-酰亚胺的结构和性能的分子模拟期刊论文-高分子材料科学与工程2001(04)3.蔡亮珍;杨挺 纳米SiO2在高分子领域中的应用期刊论文-现代塑料加工应用 2002(06)4.张长生;赵晓东;罗世凯 聚合物/纳米SiO2复合材料的研究进展期刊论文-塑料科技 2005(01)5.单薇;廖明义 纳米SiO2的表面处理及其在聚合物基纳米复合材料中的应用进展期刊论文-高分子通报 2006(03)6.Cheng L;Jian X G Novel method for the preparation of poly(urethane-imide)s外文期刊 2004(03)7.Liu J;Ma D Z;Li Z Studies on the compatibility of hard-soft segments for polyurethane-imidecopolymer with different soft segments外文期刊 2002(4)8.Liu J;Ma D Z Study on synthesis and thermal properties of polyurethane-imide copolymers withmultiple hard segments外文期刊 2002(05)9.曾治平;鲁圣军;高庆 软段结构对聚氨酯酰亚胺结构与性能的影响 1999(04)10.张长生;罗世凯;尚蕾 新型聚氨酯-酰亚胺聚合物的性能研究期刊论文-化工新型材料 2005(10)11.顾元松;陈莉;陈苏 纳米二氧硅复合材料的研究进展期刊论文-南京工业大学学报 2003(04)引证文献(1条)引证文献(1条)1.孙卫红.晏欣 结构设计及气泡型填料对水声吸声材料的影响综述期刊论文-合成橡胶工业 2012(3)本文链接：http:/