摘要:為提升硬質(zhì)聚氨酯材料的力學(xué)性能，研究以巰巰基POSS(SH-POSS)為有機-無機納米橋梁，采用“烯-硫醇”點擊化學(xué)反應(yīng)，結(jié)合疏水基團單端乙烯基聚二甲基硅氧烷(VDMS)、2-壬烯酸甲酯(FEMA)以及親水基團聚乙二醇單丙烯酸酯(APEG400)和烯丙基聚醚(APEG750)制備了新型POSS基雜化泡沫穩(wěn)定劑。利用傅里葉紅外光譜和核磁共振波譜對目標(biāo)雜化材料進(jìn)行了分子結(jié)構(gòu)表征，通過測試其表面張力、溶解性及力學(xué)性能，評估了不同化學(xué)結(jié)構(gòu)泡沫穩(wěn)定劑對泡沫壓縮性能的影響。結(jié)果顯示，POSS基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可控的分子特點能使其表面張力低至25.31mN/m，聚醚鏈段的存在能有效改善組分間相容性，顯著提高了氣泡穩(wěn)定性。該納米雜化材料可有效吸附于硬質(zhì)聚氨酯泡沫結(jié)構(gòu)內(nèi)部，增強泡壁強度，賦予泡沫材料更加細(xì)膩均勻的泡孔分布及優(yōu)異的力學(xué)性能，壓縮強度提升至205.29kPa。

引言

硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料因其優(yōu)異的隔熱、隔音和機械性能，廣泛應(yīng)用于建筑、家電和汽車等領(lǐng)域。隨著應(yīng)用需求的增加，特別是在承載性應(yīng)用中，泡沫的抗壓縮性能變得尤為重要。泡沫的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與發(fā)泡過程中泡孔的尺寸、均勻性及泡孔壁強度密切相關(guān)，因此優(yōu)化泡孔結(jié)構(gòu)和選擇合適的泡沫穩(wěn)定劑至關(guān)重要。

目前，常用的有機硅基泡沫穩(wěn)定劑雖然能調(diào)節(jié)泡孔結(jié)構(gòu)，但現(xiàn)有市場銷售的泡沫穩(wěn)定劑在高負(fù)荷應(yīng)用條件下，仍無法顯著提高聚氨酯泡沫的抗壓縮強度，泡孔結(jié)構(gòu)容易受壓變形，從而影響材料的整體性能。

POSS基復(fù)合材料因其籠型結(jié)構(gòu)和良好的相容性，具有改善聚氨酯泡沫力學(xué)性能的潛力，它不僅能在泡孔表面形成穩(wěn)定膜，抑制大孔生成，還能與發(fā)泡組分反應(yīng)，增強泡孔內(nèi)壁的力學(xué)性能。

為此，本研究提出了一種基于自制POSS基復(fù)合材料的新型泡沫穩(wěn)定劑，通過在其結(jié)構(gòu)中引入特定的功能化鏈段，以改善硬質(zhì)聚氨酯泡沫力學(xué)性能。實驗結(jié)果表明，添加自制POSS基復(fù)合材料的泡沫不僅泡孔結(jié)構(gòu)均勻，泡孔內(nèi)壁致密，壓縮性能顯著增強，還能顯著提升抗壓縮強度，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。本研究通過對POSS基泡沫穩(wěn)定劑的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計及其在發(fā)泡體系中的作用機理進(jìn)行深入探討，為未來硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料的優(yōu)化提供了新的思路和解決方案。

1實驗

1.1實驗原材料

試劑:巰巰基POSS(SH-POSS)、聚乙二醇單丙烯酸酯、聚硅氧烷為實驗室自制;環(huán)戊烷、光引發(fā)劑(2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮)、2-壬烯酸甲酯、二氯甲烷均為分析純，上海泰坦科技;烯丙基聚醚、聚醚多元醇、多異氰酸酯、國產(chǎn)泡沫穩(wěn)定劑1(國產(chǎn)-1)、進(jìn)口泡沫穩(wěn)定劑2(進(jìn)口-2)均源自南京美思德有限公司。

1.2 POSS-APEG4001-VDMS2-FEMA5與POSS-APEG750_1-VDMS1-FEMA6雜化材料的制備

在已經(jīng)加入25mL二氯甲烷溶劑的50mL圓底燒瓶中加入定量組分的APEG400、VDMS和FEMA，進(jìn)行混合溶解，最后加入1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的光引發(fā)劑溶解完全后進(jìn)行封口處理，于溫度為30℃、攪拌速度為300r/min的條件下，放置于紫外燈(20W)照射45min，反應(yīng)結(jié)束后，旋蒸除去溶劑，最終得到無色透明、流動性明顯且富有粘稠狀態(tài)的液體產(chǎn)物POSS-APEG4001-VDMS2-FEMA5，簡稱為PAVE-5。同樣的方法改變其中之一的單體為APEG750，合成得到POSS-APEG7501-VDMS1-FEMA,簡稱PGVF-6。

1.3硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料制備

根據(jù)傳統(tǒng)制備工藝制備硬質(zhì)聚氨酯泡沫，分別把添加國產(chǎn)-1、進(jìn)口-2、PAVE-5和PGVF-6泡沫穩(wěn)定劑得到的硬質(zhì)聚氨酯泡沫命名為RPU-1、RPU-2、RPU-3、RPU-4。

表1添加不同泡沫穩(wěn)定劑得到的不同硬質(zhì)聚氨酯泡沫

1.4樣品的性能及表征

1.4.1傅里葉紅外光譜(FT-IR)

通過FT-IR光譜儀分析樣品的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分，Nicolet8700型，賽默飛世爾科技公司。

1.4.2核磁共振氫譜(1HNMR)

通過核磁共振譜儀分析樣品的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分,DMX600型,布魯克磁共振事業(yè)部。

1.4.3壓縮性能測試

按GB/T8813-2008標(biāo)準(zhǔn),通過微控電子萬能試驗機測試樣品的壓縮性能,WDW3020型,上海華龍測試儀器有限公司。

1.4.4掃描電鏡(SEM)

通過臺式掃描電鏡分析樣品的微觀泡孔結(jié)構(gòu)和分布狀況，SU8010型，日立科學(xué)儀器有限公司。

1.4.5表面張力

通過全自動表/界面張力儀測試樣品的表面張力，Delta-8型，芬蘭Kibron公司。

1.4.6黏度

通過旋轉(zhuǎn)流變儀測試樣品的黏度，MCR302e型，安東帕(上海)商貿(mào)有限公司。

新型POSS基雜化泡沫穩(wěn)定劑表面張力測定及對泡沫壓縮性能的影響（一）

新型POSS基雜化泡沫穩(wěn)定劑表面張力測定及對泡沫壓縮性能的影響（二）

新型POSS基雜化泡沫穩(wěn)定劑表面張力測定及對泡沫壓縮性能的影響（三）