木质素低聚物衍生聚氨酯泡沫的制备及性能

针对木质素分子结构复杂、反应活性低、高值化利用不足等问题,从木质素高效可控降解、分子结构定向化学修饰以及复合功能化等方面出发,开展了木质素可控氢化降解以及基于木质素低聚物衍生聚氨酯泡沫(PUFs)材料的制备及性能调控研究。以Ni/ZrO_(2)/Hβ为催化剂,对木质素进行部分还原降解获得了高酚羟基含量的活性木质素低聚物,继而经氧丙基化改性,制备了高反应活性的木质素低聚物多元醇(LOP),通过^(31)P NMR和^(1)H NMR表征分析了木质素低聚物及LOP,探讨了木质素低聚物改性前后的结构变化。将LOP与大豆油多元醇复配构建了全生物基PUFs材料,考察了LOP的结构及用量等对PUFs材料的微观结构、形貌及其物理化学性能的作用与影响规律,探明了不同性能木质素低聚物衍生PUFs材料的制备工艺。研究结果表明,LOP的加入会导致PUFs材料的泡孔减小,闭孔率增加,进而有效改善PUFs力学性能和高温热稳定性,通过对LOP用量的调节,可实现不同强度PUFs的高效制备(压缩强度0.27~0.65 MPa)。

调控聚氨酯发泡材料中的热分布控制高温体积收缩和泡孔结构

为解决在烤漆等高温环境下,车内发泡材料因体积收缩(空隙)而导致的阻隔、缓震作用失效及行驶风噪等问题,以高导热铜粉为改性填料、软质和硬质聚氨酯发泡材料为基体,制备并研究了不同的聚氨酯/铜粉复合材料。结果发现:铜粉含量不仅能有效控制发泡材料在高温下体积收缩现象,且泡孔尺寸和发泡密度也能得到提高;当铜粉含量达到4 wt.%时,软质和硬质聚氨酯发泡材料的体积收缩率分别降低为6.56%和1.77%,发泡密度分别达到0.106 g/cm^(3)和0.171 g/cm^(3),发泡材料的吸水率降低50%左右。因此,添加铜粉后的聚氨酯发泡材料具有防潮和低体积收缩特性。

微胶囊化硅藻土吸附改性矿用聚氨酯泡沫

针对目前矿用聚氨酯泡沫(RPUF)易燃以及阻燃剂磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)、甲基膦酸二甲酯(DMMP)的应用易引起材料“坍塌”和力学性能下降等问题,采用硅藻土吸附和仿贻贝材料表面包覆的方法对传统阻燃剂进行了改性,设计并制备了环境友好的微胶囊化硅藻土吸附阻燃剂(MDFR)。利用万能试验机研究了MDFR对RPUF力学性能的影响;采用极限氧指数、垂直燃烧、锥形量热的测试手段,研究MDFR对RPUF阻燃性能的影响;利用扫描电子显微镜和热重分析等表征,研究了MDFR对RPUF微观形貌以及热稳定性的影响,并探讨了阻燃机理。结果表明,阻燃剂MDFR的加入,相比于传统阻燃剂DMMP和TCPP,RPUF的力学性能得到能明显改善,微观泡孔结构完整,并且其热解活化能升高,热稳定性增加;同时,MDFR在抑制RPUF燃烧时的烟气释放和CO释放方面效果明显,降低了有毒有害气体的释放。机理分析显示,MDFR的加入使阻燃RPUF燃烧后炭层厚度和致密性增加,有效阻止了材料燃烧过程中的热交换和可燃性气体、有毒气体的释放,使之在使用过程中更加安全。对比两种改性阻燃剂MDFR-1和MDFR-2,以TCPP为原料改性的MDFR-2阻燃剂效果更优。

硬质聚氨酯泡沫塑料在旅游景区建筑节能中的应用

硬质聚氨酯泡沫塑料在旅游景区建筑节能中的应用,凸显了其对全球节能和可持续发展趋势的响应。随着人们对气候变化的日益关注,越来越多的地区实施严格的建筑能效标准,从而推动了硬质聚氨酯泡沫塑料等新型建筑材料的应用。这种材料以其卓越的绝热性显著降低了建筑的能源需求。

硬质聚氨酯泡沫材料用无卤阻燃剂的研究进展

聚氨酯常用卤系阻燃剂存在燃烧时释放卤化氢腐蚀性气体及有毒有害物质的问题,危害人体健康。近年来,无卤阻燃剂以无卤、低烟、环保的优势,已逐渐替代卤系阻燃剂用于硬质聚氨酯泡沫阻燃。该文介绍了添加型阻燃剂和反应型阻燃剂最新研究进展,重点概括了添加型无机阻燃剂(如金属氢氧化物及氧化物、无机磷系、无机硅系及其协同阻燃剂、纳米材料)、添加型有机阻燃剂(如有机氮系、有机磷系、有机硅系及有机硅系及其协同阻燃剂)、膨胀型阻燃剂(可膨胀石墨、氮、磷膨胀型阻燃剂)及含氮、磷、硅的反应型阻燃剂的特点、阻燃机理及其对硬质聚氨酯泡沫阻燃性能的影响;对聚氨酯泡沫用无卤阻燃剂阻燃机理进行了阐述;最后,对聚氨酯泡沫用无卤阻燃剂今后发展的热点进行了展望。

电化学氧化/硅烷偶联剂处理碳纤维表面增强聚氨酯基复合材料的性能研究

通过两步法制备了改性碳纤维/聚氨酯复合材料。探究了电化学氧化处理法与表面涂层法相结合的一种新型改性方法对碳纤维增强聚氨酯基复合材料性能的影响。通过对碳纤维进行电化学氧化在表面引入含氧官能团,改善碳纤维表面活性。随后向电化学氧化改性的碳纤维施加硅烷偶联剂溶液,在修复碳纤维表面损伤的同时通过化学反应将碳纤维与聚氨酯桥接在一起,提高碳纤维与聚氨酯界面结合性能。结果表明:经电化学氧化/硅烷偶联剂处理后的复合材料对比原始碳纤维聚氨酯复合材料及仅电化学氧化碳纤维聚氨酯复合材料抗拉性能分别提高了83.5%与73.5%,力学性能提升显著。

连续法聚氨酯彩钢夹芯板厚度偏差影响因素的研究

结合实际生产,详细介绍了配方及生产工艺对聚氨酯彩钢夹芯板厚度尺寸偏差的影响。结果表明:随着聚酯多元醇羟值的提高,泡沫交联密度增大,板材厚度尺寸偏差减小;随着配方中水含量的增加,反应过程中生成大量脲基并释放大量的热,热量越大则出层压机板材的泄压膨胀越严重,在熟化过程中刚性的脲基阻止了板材的回缩,导致板材厚度偏差较大;生产线速越慢,泡沫在双履带层压机中熟化时间越长,泡沫反应越完全,强度提升越大,板材厚度尺寸偏差越小。

基于光谱学分析的硬质聚氨酯泡沫/钢渣/次磷酸铝复合材料阻燃机理研究

硬质聚氨酯泡沫(RPUF)的优异性能使其在各领域被广泛应用,但本身的易燃性为其在应用过程中埋下了巨大的安全隐患。钢渣(SS)作为提炼铁精矿后排放的固体废弃物,因其综合利用效率低下而造成一系列环境污染问题。为提高RPUF火灾安全性和钢渣的附加值,将SS和次磷酸铝(AHP)引入到RPUF中,采用一步全水发泡法,制备一系列阻燃RPUF(FR-RPUF)复合材料。利用射线荧光光谱分析(XRF)探究了SS的化学成分,并系统研究了SS/AHP对FR-RPUF复合材料的微观形貌、热稳定性、阻燃性能以及气相产物的影响。XRF测试表明:钢渣的化学成分主要是CaO、SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、SO_(3)、MgO,以上金属氧化物能够作为协效剂促进聚合物成炭,并覆盖在材料表面阻隔燃烧热,在凝聚相达到阻燃目的。扫描电镜(SEM)测试表明:SS/AHP与RPUF基体的相容性较差导致FR-RPUF的泡孔出现不同程度的破损。阻燃测试表明:RPUF-1、RPUF-4、RPUF-5的极限氧指数分别为24.2 vol%、23.4 vol%、19.7 vol%,说明SS和AHP存在一定的协效阻燃作用,且RPUF/SS/AHP复合材料全部通过UL-94 V-0级别,满足外墙保温材料使用要求。热重-红外分析(TG-FTIR)测试表明:SS/AHP并未改变RPUF的降解过程,气相产物主要为碳氢化合物、羰基化合物、氨基甲酸酯、CO_(2)、异氰酸酯化合物、芳香族化合物、氰化氢、羰基化合物和酯类。对典型挥发性产物进一步分析发现,AHP和SS的加入促进RPUF基体早期降解。拉曼测试表明:当SS/AHP加入到RPUF后,RPUF-4的D峰与G峰的峰面积比(I_(D)/I_(G))值最小,表明SS/AHP的加入提高了FR-RPUF复合材料炭渣的致密性、石墨化程度。结合上述分析提出阻燃机理:首先AHP吸热分解,降低了火焰周围的温度,其分解的PO·自由基捕获游离的HO·抑制连锁反应,分解产生的焦磷酸铝与炭渣覆盖在基体表面,抑制了火焰和可燃气体的扩散。AHP分解产生的PH3遇氧气生成酸性物质(磷酸和聚磷酸),促进了RPUF脱水成炭,并且钢渣中的矿物成分会与磷酸或聚磷酸反应,形成致密炭层,与AHP共同发挥协效阻燃作用。研究为SS和AHP复配阻燃硬质聚氨酯泡沫材料提供理论依据和实验基础。

HFC-365mfc/227ea替代HCFC-141b在硬质聚氨酯泡沫喷涂中的应用

以HFC-365mfc/227ea混合发泡剂替代HCFC-141b,采用喷涂工艺进行低密度硬质聚氨酯泡沫外绝热防护层的生产,对发泡剂用量、泡沫性能、泡沫尺寸稳定性等进行了研究。结果表明:当泡沫的密度、机械强度和导热系数满足外绝热防护层技术要求时,HFC-365mfc/227ea混合发泡剂用量为38~44 g;采用HFC-365mfc/227ea混合发泡剂制备的泡沫密度与HCFC-141b相近时,发泡剂用量比HCFC-141b多25%左右,泡沫的压缩强度和模量高15%、剪切强度和模量比HCFC-141b高50%,导热系数低10%。在不超过80℃的使用温度范围内,HFC-365mfc/227ea混合发泡剂制备的泡沫具有良好的尺寸稳定性,尺寸变化率不超过1%。

核电新燃料运输容器聚氨酯泡沫填充材料寿命预测

核电新燃料运输容器长期服役寿命主要受限于填充在壳体中起防震和隔热作用且不可更换的硬质聚氨酯泡沫材料。为评估填充在新燃料运输容器中的硬质聚氨酯泡沫材料的老化寿命,分别在不同温度条件下对硬质聚氨酯泡沫材料进行加速热氧老化试验,定期监测其压缩性能、颜色及微观形貌变化规律,分析其热氧老化行为。根据聚氨酯泡沫材料在不同温度下的压缩强度变化规律,获得聚氨酯泡沫材料在不同温度条件下的老化失效时间,采用阿伦尼乌斯方程外推法预测其在实际服役温度条件下的老化寿命。结果表明,聚氨酯泡沫材料适宜的热氧老化试验温度区间为100~120℃。经微观形貌观察,新燃料运输容器聚氨酯泡沫填充材料在热氧老化试验期间发生泡孔塌陷和泡孔壁破裂的现象,导致压缩强度下降。通过计算分析,在新燃料运输容器设计最高使用温度38℃条件下,预测聚氨酯泡沫材料服役寿命为54 a,能够满足30 a的设计要求。

原位生长的CNTs@MoS_(2)杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能

目的设计并研制一种耐火和隔热性能突出的水性膨胀型防火涂料。方法以碳纳米管(CNTs)、四水合钼酸铵、十六烷基溴化铵(CTAB)、硫脲为原料,通过简单的一步水热法原位生长出一种新型的CNTs@MoS_(2)杂化物,并采用FT-IR、XRD、拉曼光谱、SEM等手段对复合杂化物进行表征。再将CNTs@MoS_(2)杂化物作为增效剂分散在水性膨胀型防火涂料(CNTs@MoS_(2)/WES)中,通过大板实验和涂层、炭焦层表面分析评价了涂层的耐火和隔热性能。结果与WES(膨胀倍率为3.90)、CNTs/WES涂层(膨胀倍率为6.04)、MoS_(2)/WES涂层(膨胀倍率为4.59)相比,CNTs@MoS_(2)/WES涂层具有最高的膨胀倍率(8.88)。CNTs@MoS_(2)/WES涂层所涂覆的钢板在燃烧40min后背面温度最低(133.3℃),这充分表明该涂层具有优异的隔热性能。结论制备的CNTs@MoS_(2)杂化物表现出稳定的网络交织结构,有效提高了它在涂料中的分散性能。此外,CNTs@MoS_(2)/WES涂层优异的耐火和隔热性能主要归因于:1)CNTs@MoS_(2)/WES涂层及其炭焦层具有更致密和完整的表面,阻隔了热量的传递;2)CNTs的添加增强了炭焦层的致密性,抑制了膨胀过程中产生的气体泄漏,提升了涂层膨胀倍率;3)MoS_(2)提高了膨胀层强度且促进了炭焦层的形成,减少了裂纹和孔隙的产生。

椰棕基硬质聚氨酯泡沫的制备及其性能

利用微波辅助液化技术将椰棕粉末进行液化制得液化物,以液化物为原料、三乙烯二胺(TEDA)和异辛酸锡(TECH)为复合催化剂、水为发泡剂,与多苯基甲烷多异氰酸酯反应通过一步法制备了硬质聚氨酯泡沫(PURF)。对水发泡制备PURF的条件进行优化,较优的制备条件为催化剂中TEDA和TECH的质量比为4:5、催化剂质量分数为5%、泡沫稳定剂M-8818质量分数为2.5%、发泡剂质量分数为2%,该条件下制备的PURF的压缩强度为223 kPa,超过了大部分生物基PURF。采用傅里叶变换红外光谱对液化物、液化剂和PURF进行表征,通过扫描电镜对泡沫泡孔进行观察。结果显示,所合成的PURF大部分为闭孔,体系中基本没有异氰酸根剩余。使用锥形量热仪对最优PURF进行燃烧行为分析,最大热释放速率(HRR)为250.6 kW/m^(2)。

大豆油基多元醇改性聚氨酯热稳定性及阻燃性能研究

将大豆油基多元醇以不同的比例添加到石油基多元醇中,得到热稳定性更高和阻燃效果更好的生物基聚氨酯泡沫(PUF)。采用锥形量热法、扫描电子显微镜、热重分析法和烟密度测试箱研究了不同比例大豆油基多元醇对PUF阻燃和抑烟性能的影响。结果表明:在辐射强度为25kW/m^(2)、35kW/m^(2)和50kW/m^(2)条件下,PUF-S3均具有最好的阻燃效果;添加大豆油基多元醇后样品均表现出两阶段热解,同时PUF-S3热失重5%时的温度比PUF-0高16.49℃;添加大豆油基多元醇样品的最大烟密度均小于PUF-0。在石油基多元醇中添加大豆油基多元醇制备的PUF具有优良的阻燃和抑烟效果,大豆油基多元醇最佳添加量为15%(质量分数)。

新型合成轨枕与木枕材料性能对比

聚氨酯泡沫合成轨枕作为新型轨枕已经在铁路特殊路段替代木枕并取得良好的使用效果,但目前仍缺少对合成轨枕和木枕综合性能测试对比数据,使得合成轨枕的推广仍存在一定阻力。依据CJ/T 399-2012 《聚氨酯泡沫合成轨枕》对合成轨枕和木枕进行各项性能对比测试。结果表明:合成轨枕的各项测试结果均满足标准要求且高于木枕;合成轨枕中的高强度玻璃纤维保证了轨枕的强度、弹性和疲劳性能,循环加载200万次后未发生破坏;合成轨枕所用树脂和玻璃纤维本身具有良好绝缘性和阻燃性,使得其表面电阻率比未注油木枕高4个数量级。

软段组成对聚氨酯软泡性能的影响

以聚四氢呋喃二醇PTMG2000、聚醚三醇EP-330N、聚合物多元醇POP-3628和聚醚三醇CHK-3602中的至少2种为软段原料,配以相同助剂组成多元醇组分,以MDI型半预聚体为异氰酸酯组分,制备了4种聚氨酯软泡,研究了软段组成对泡沫密度、力学性能和吸水性能的影响。结果表明:在发泡原料配比、异氰酸酯指数、发泡剂用量相同的条件下,多元醇种类和含量对聚氨酯软泡的性能影响显著。自由发泡条件下,制备的聚氨酯软泡密度范围为77.0~116.7 kg/m^(3);以EP-330N为主要软段组分的泡沫,其拉伸强度为244 kPa、断裂伸长率为183%、吸水率为293.3%;以POP-3628为主要软段组分的泡沫,其拉伸强度为313 kPa、断裂伸长率167%、吸水率为328.9%;以CHK-3602为主要软段组分的泡沫,其拉伸强度为249 kPa、断裂伸长率为282%、吸水率为543.5%。

兼具抗紫外、保温功能的多孔吸声泡沫涂层织物的开发

以棉织物为基布,以水性聚氨酯为基体,以十二烷基硫酸钠作为发泡剂,采用涂层方法制备了聚氨酯基多孔吸声泡沫涂层织物。首先研究了发泡剂含量对孔径、孔隙率、开孔率以及吸声系数的影响规律;然后以不同的功能粒子为填料(纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、石墨、空心玻璃微珠),测试了涂层织物的抗紫外性能、保温性能、耐磨性能、拉伸断裂性能、透湿性能和耐静水压性能。结果表明:随着发泡剂用量增加,聚氨酯泡沫涂层孔隙率显著提高,孔径和开孔率也相应增大,从而提升了织物的吸声性能,当发泡剂用量为6%时,涂层织物吸声系数最高可达0.48,在全频段的平均吸声系数达到了0.25;涂层织物紫外线透射率小于0.1%,具有优良的抗紫外线性能;导热系数小于0.12 W/(m·K),具有良好的保温效果;断裂强力为865.76 N,断裂伸长为33.26 mm,相比于未涂层前织物断裂强力提升了617.64 N,断裂伸长提升了24.59 mm;在平磨仪上磨了2000次后,质量损失仅为0.55%,耐磨性能优异;透湿量达到了9795.05 g/m^(2)/24 h,透湿性良好。

绿色发展理念下聚氨酯多孔材料制备及应用于油水分离的综合实验设计

对频发的海洋漏油和大量废弃塑料的有效处理,已成为全球急需解决的重要问题。基于绿色发展理念,设计并实施了一项综合实验,旨在制备聚氨酯多孔材料并探索其在油水分离中的应用潜力。该实验以热塑性聚氨酯塑料为原料,用水辅助热致相分离法成功制备了聚氨酯多孔材料;用红外光谱仪、扫描电镜、接触角测角仪表征其结构与性能;通过油吸附实验进一步证实了聚氨酯多孔材料在油水分离方面的潜力。该实验内容较新颖,综合性强,涵盖了化学、材料学等学科知识,同时突出了环保、资源循环利用和社会责任意识,有助于提升学生的综合能力和素质。

掺杂ZIF-8改性全水发泡聚氨酯泡沫

在常温的水中利用2-甲基咪唑和六水合硝酸锌制备了多孔低密度材料沸石咪唑框架-8(ZIF-8),用环保溶剂水为发泡剂,采用一步法制备出具有保温隔热能力的聚氨酯泡沫(PUF),探讨ZIF-8用量对聚氨酯泡沫性能的影响。结果表明,添加少量的ZIF-8可明显改善聚氨酯泡沫的各项性能;当ZIF-8掺杂量(质量分数)为1%时,聚氨酯泡沫的导热系数降低了18%,压缩强度提高了14.5%。促进全水发泡的聚氨酯泡沫在隔热方面工业化发展。

聚氨酯冷链材料的降解研究

利用丙二醇(PG)和二乙二醇(EG)作为双组分二醇的醇解剂,碱金属氢氧化钠作为金属催化剂,对废旧冷链泡沫进行化学方法降解处理,再将降解得到的低聚物多元醇重新制备新型管壳材料。并对降解产物进行羟值测试及黏度测试,然后对制备的新型管壳泡沫进行密度、吸水率、压缩强度、红外光谱、泡沫结构等一系列测试并分析。结果表明:在m(PG)∶m(EG)=40∶60,金属催化剂氢氧化钠加入质量为1.2g时,废旧冷链泡沫达到最好的降解效果,此时新型管壳泡沫的密度低、抗压强度更高、导热系数更小、保温性能更好,达到国家标准的要求。

发泡剂用量对聚氨酯吸水海绵性能的影响

以水为单一发泡剂制备了系列聚氨酯吸水海绵,研究了发泡剂用量对聚氨酯吸水海绵性能的影响。结果表明,随着发泡剂用量的增加,聚氨酯吸水海绵的软段玻璃化温度逐渐升高;相对于100份多元醇,发泡剂用量为1.05~1.20份时,聚氨酯吸水海绵泡孔结构均匀、无明显缺陷,密度为55.6~62.4 kg/m^(3);发泡剂用量为1.20份时,聚氨酯吸水海绵拉伸强度和断裂伸长率均最大,分别为351 kPa和372%;聚氨酯吸水海绵具有良好的吸水性能,平衡吸水率均大于500%。