论文部分内容阅读
高回弹聚氨酯泡沫是一种具有轻量化,机械力学强度高,高回弹性能,滞后损失低和减震能力强等特性的聚合物,被广泛应用于汽车、家具、包装和医疗器械等领域。然而,随着石化资源的日益枯竭、石油基材料的难易降解等问题已经越来越多地受到国内外科研工作者的高度关注,运用可再生的植物油多元醇制备高回弹聚氨酯柔性泡沫是国内外研究的热点与难点。但目前运用植物油多元醇制备高回弹聚氨酯柔性泡沫仍存在以下问题:(1)诸多植物油改性方法中,硫醇-烯改性是近期兴起的一种制备植物油多元醇的便捷方法,然而硫醇-烯反应属于自由基可逆反应,高双键转化率需在高温环境中才能达到,这容易形成副产物,导致双键官能化程度和原料利用率低。(2)运用植物油多元醇完全替代石油基多元醇来制备高回弹聚氨酯泡沫,成品的回弹性和静态压缩永久变形等性能较差。针对上述存在的科学问题,本文以大豆油和巯基乙醇为原料,运用硫醇-烯光点击原理,借助逐步滴加工艺技术,通过调控[Thiol]/[ene]比例、反应时间,室温下制备出高转化率、高官能化程度、副产物少、羟值高的大豆油多元醇(MESO)。进一步,将自制的大豆油多元醇部分替代聚醚多元醇(L2000),通过调控MESO添加量,制备性能更加优异的高回弹聚氨酯柔性泡沫。本文具体研究内容如下:首先,通过傅里叶红转变(FT-IR)和核磁共振(NMR)对MESO的分子结构进行表征,确定巯基乙醇成功引入到大豆油分子链上。同时运用核磁共振(~1H NMR)面积积分法,定量计算出双键转化率和官能化程度。结果表明:随着[Thiol]/[ene]比例逐渐增加,反应的速率逐渐增加,羟基官能化程度先增大后减小,当[Thiol]/[ene]比例为4/1时,官能化程度达到最大。延长反应时间,反应速率逐渐增大,官能化程度先增大后减小,当反应时间为12h时,官能化程度达到最大。所以选择[Thiol]/[ene]比例为4/1和反应时间为12h工艺条件,巯基乙醇和大豆油双键反应的转化率达到99%,官能化程度达到89%。通过数字旋转粘度计测试MESO的粘度,测试出最佳工艺条件下的粘度为3226m Pa·s。利用邻苯二甲酸酐酯化滴定法测大豆油多元醇的羟值,测试出最佳工艺条件下的羟值为230 mg KOH/g。其次,运用MESO部分替换石油基多元醇制备高回弹聚氨酯柔性泡沫,研究了MESO的添加量对泡沫结构和性能的影响。通过FT-TR对聚氨酯泡沫分子结构进行表征,确定聚氨酯泡沫制备成功;通过发泡倍率测试,结果显示添加MESO使泡沫发泡程度逐渐降低;通过交联度测试,添加MESO使体系的交联度增大;借助扫描电镜(SEM)对泡孔结构进行表征,结果显示添加MESO使泡沫的孔径减小,开孔率和开孔数量减少;利用热重分析(TGA)对泡沫热稳定性进行表征,结果显示MESO提高了泡沫热稳定性,并且随着MESO增加,泡沫热分解温度逐渐提高;借助40%压缩实验对其力学机械性能进行表征,结果表明添加MESO提高了泡沫力学机械性能;通过动态热机械实验对材料粘弹性进行测试,结果显示随着MESO替换比例逐渐增大,储能模量逐渐减小,只出现一个Tg峰,且向高端方向移动,说明MESO的加入没有改变体系相容性,反而改善了材料加工性能;通过小球回弹和静态压缩永久变形实验对材料回弹性能测试,结果显示添加MESO使泡沫瞬间回弹性能和持续回弹性能均增强。最后,对MESO嵌段改性的高回弹聚氨酯泡沫进行泥土掩埋的降解规律进行研究与探讨。通过FT-TR对泥土掩埋后的聚氨酯泡沫分子结构进行表征,结果显示氨基甲酸酯、脂肪链、聚氨酯中的烃类发生分解;通过交联度和质量损失率测试,结果显示随着掩埋天数增加,体系交联度和质量逐渐降低;借助SEM对泡孔结构进行表征,结果显示随着掩埋天数增加,泡孔破裂,孔壁出现毛糙和裂纹;通过40%压缩实验对其力学机械性能进行表征,结果显示压缩强度随着掩埋天数增加逐渐降低;通过对材料进行动态热机械实验、小球回弹和静态压缩永久变形实验测试,结果显示储能模量随着掩埋天数增加逐渐降低,瞬间回弹性能和持续回弹性能均降低。综上所述,该论文高效合成了大豆油多元醇,提高了大豆油双键转化率和官能化程度;探讨了反应时间和投料比对其转化率和官能化程度的影响,为硫醇-烯法制备植物油多元醇提供新工艺思路和理论基础。此外,用自制的大豆油多元醇部分替代石油基多元醇来制备高回弹聚氨酯柔性泡沫,产品回弹性和静态压缩变形性能均得以明显提高,降低了工业生产成本,赋予其优异的可降解性,符合国家提倡节能减排、环境友好、可持续发展的战略方针。