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宏宇粉丝,阿里•Tekeei盖伦j . Suppes先生Fu-Hung谢长廷, ”物理性质的Soy-Phosphate Polyol-Based硬质聚氨酯泡沫”,国际高分子科学杂志》上, 卷。2012年, 文章的ID907049年, 8 页面, 2012年。 https://doi.org/10.1155/2012/907049
物理性质的Soy-Phosphate Polyol-Based硬质聚氨酯泡沫
文摘
Water-blown硬质聚氨酯(PU)泡沫是由0 - 50% soy-phosphate多元醇(SPP)和2 - 4%水作为发泡剂。这些SPP-based聚氨酯泡沫的机械和热性能(SPP聚氨酯泡沫)进行调查。SPP含水量较高的聚氨酯泡沫体积更大,低密度和抗压强度。SPP聚氨酯泡沫与3%的水分和20%的SPP导热系数最低。SPP聚氨酯泡沫的导热系数下降然后SPP比例的增加而增加,产生的气体和固体的热性质的聚合物阶段。更高的异氰酸酯密度导致更高的抗压强度。在同一异氰酸酯指数约20% SPP泡沫的抗压强度接近或类似于控制泡沫制成VORANOL 490。
1。介绍
聚氨酯(PU)是重要的化工产品,超过四分之三的聚氨酯泡沫的形式消耗在全球范围内(1]。异氰酸酯和多元醇是生产聚氨酯(PU)的两个主要组件,他们都依赖石油作为原料(2- - - - - -4]。近年来,各种因素激励泡沫研究人员调查的潜力和可再生资源作为多元醇的原料。美国是一个主要生产大豆油和大豆油的价格预测是相对稳定的,范围在9.20 - -9.25美元/蒲式耳未来十年(5]。此外,精制大豆油含有超过99%的甘油三酸酯与活跃的网站适合化学反应(6]。因此,大豆油(SBO)是其中一个最有前途的biobased资源作为多元醇对聚氨酯的原料生产。报道了合成方法引入羟基甘油三酯:(1)加氢甲酰化加氢(紧随其后7),(2)环氧化作用其次是环氧乙烷开(8- - - - - -10),(3)臭氧分解氢化(紧随其后11,12),和(4)的微生物转化13]。据报道,柔性和刚性聚氨酯泡沫材料可以用石油多元醇的混合物和大豆油基多元醇(14- - - - - -16]。
Soy-phosphate多元醇(SPP)是由SBO-derived环氧化合物和磷酸盐的存在酸催化剂的酸解反应。通常情况下,酸解反应是由混合SBO-derived环氧化合物,o-phosphate酸(地3阿宝4)、水和极性溶剂,齐聚反应发生立即产生清晰、粘性,均匀SPP低酸值和高平均功能。在这个反应,环氧SBO-derived能够直接与水反应形成二醇通过解理,因为他们的高反应活性的环氧乙烷环17]。磷酸不仅催化开环反应,也是化学涉及成为多元醇的一部分(18,19]。郭et al。19,20.)准备SPP利用水和大量的极性溶剂获得高羟基功能同时保持最后的酸值低。
蒸馏水,作为发泡剂,与异氰酸酯反应生成二氧化碳,吹反应物混合物形成细胞结构。这是一个重要参数,影响刚性聚氨酯泡沫的特性和性能。通过不同数量的蒸馏水,Thirumal et al。21]研究了泡沫密度的影响在刚性聚氨酯泡沫的性质由石油多元醇。他们发现,强度性能随着密度的增加而增加的泡沫和他们的关系大致可以描述幂律(22,23]。坎帕内拉等。24]分析了发泡的影响变量,如含水量、多元醇反应活性,催化剂,表面活性剂,和异氰酸酯,大豆油基聚氨酯泡沫的结构和性能。水作为反应性发泡剂生产有限公司2异氰酸酯。他们发现,含水量的增加产生更多的公司2导致一个更大的泡沫体积以及泡沫密度较低。此外,泡沫形态由含水量的影响。含水量的增加生产硬质聚氨酯泡沫与薄泡沫细胞壁和更大的泡沫细胞,泡沫的密度和形态的变化。
异氰酸酯,这是来自石油,是生产聚氨酯的另一个关键组件。其数量(或异氰酸酯指数)和财产极大地影响性能的聚氨酯泡沫(25,26]。郭et al。27]研究了异氰酸酯指数的影响(从110年至130年)的抗压强度,刚性聚氨酯泡沫制成soybean-oil-based多元醇。他们发现soy-polyol-based泡沫的抗压强度不同比例与异氰酸酯指数异氰酸酯指数超过100的时候,表明刚性泡沫的力学性能可以通过改变改性异氰酸酯的用量在发泡配方。他们得出的结论是,过量的异氰酸酯泡沫配方中使用引起了更多的刚性结构刚性聚氨酯泡沫的更完整的转换哦组多元醇与异氰酸酯的反应和空气中的水分。你等。28]研究water-blown刚性聚氨酯泡沫的物理属性包含环氧大豆油与异氰酸酯指数从50到110不等。他们报告说,泡沫密度降低了异氰酸酯指数下降到60,但密度急剧增加,发生在异氰酸酯指数50由于泡沫收缩。同时,抗压强度降低异氰酸酯指数下降。降低异氰酸酯指数将降低异氰酸酯,同时增加生物含量聚氨酯配方。在这项研究中,目的是探讨影响水(发泡剂)内容和异氰酸酯指数SPP聚氨酯泡沫的物理性质。
2。材料和方法
2.1。材料
本研究中使用的石油多元醇与异氰酸酯VORANOL 490和爸爸27日分别。两人都来自陶氏化学有限公司(米德兰,MI)。产品规格如表所示1和2,分别。Soy-phosphate多元醇(SPP)准备在密苏里大学及其规范如表所示3。它是由一个酸解反应如图1(18]。Full-epoxidized豆油(7.0%环氧乙烷,Vikoflex 7170年,阿科玛双氧水有限公司遵循严格的普鲁士国王,PA)与1.5%地反应3阿宝4从费舍尔科学(85%水溶液),添加下降智慧在烧杯中剧烈的机械在室温下搅拌5分钟(18]。Dimethylcyclohexylamine和pentamethyldiethylenetriamine用作催化剂。他们来自Sigma-Aldrich(圣路易斯,密苏里州)。Dabco直流5357(空气产品和化学品,阿伦敦,PA)被用作表面活性剂。
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2.2。实验设计和发泡配方
这个实验由两个阶段组成。在第一阶段,水分含量的影响(2、3和4%)与不同soy-phosphate多元醇(SPP)百分比(0,10年,20年,30、40和50%)刚性聚氨酯泡沫的性质进行了研究。表4显示了刚性SPP-based聚氨酯泡沫的发泡配方(SPP聚氨酯泡沫)。根据第一阶段的结果,含水量是固定在3%在第二阶段研究异氰酸酯指数和SPP百分比的影响的性质SPP聚氨酯泡沫。的配方如表所示5。
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所有食谱和计算是基于100多元醇的总重量份数,传统规定,多元醇的总和加起来100个部件。 异氰酸酯的量是基于异氰酸酯指数。异氰酸酯指数异氰酸酯的用量相对于理论等值。 |
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所有食谱和计算是基于100多元醇的总重量份数,传统规定,多元醇的总和加起来100个部件。 异氰酸酯的量是基于异氰酸酯指数。异氰酸酯指数异氰酸酯的用量相对于理论等值。 |
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2.3。泡沫制备
的water-blown硬质聚氨酯泡沫是通过一次性和free-rising方法。总共100 g VORANOL 490和soy-polyol混合物在一个塑料容器。其他一起发行组件诸如水、催化剂和表面活性剂添加先后和所有一起发行材料混合电动搅拌机在3450转2分钟。德加的混合物被允许2分钟。此后,preweighed异氰酸酯(a面材料)添加了快速和混合在同一速度10年代。然后,迅速反应混合物被倒到一个木制模具(厘米)与铝内衬泡沫被允许free-rise和设置在环境条件(23°C)前7天除了热导率测量内进行24 - 48 h。
2.4。泡沫性能测量
泡沫样品的表观密度测定根据美国材料试验学会(ASTM)名称:D1622-08 (2008) (31日]。刚性泡沫的表观导热系数(厘米)决心根据ASTM名称:C518-10 [32),被一只狐狸200热流计测试仪器(LaserComp韦克菲尔德,MA),泡沫在室温下固化后(25°C)为24 - 48 h。抗压强度是决定根据ASTM名称:D1621-10 [33由助教)。人类发展指数纹理分析器(纹理技术公司,斯卡斯代尔,纽约)。抗压强度也测试泡沫后存储在室温下七天。样本的维数密度和抗压强度厘米。五个样品每个样品测定和平均报道。
3所示。结果与讨论
3.1。水分含量的影响
3.1.1。密度
图2显示的效果soy-phosphate多元醇(SPP)百分比刚性聚氨酯泡沫的密度不同的含水量。含水量2%,聚氨酯泡沫的密度略有下降,增加SPP百分比。因为SPP羟基数量(哦240)数量低于石油多元醇,VORANOL 490(哦,数量490),一个更高比例的SPP将需要更少的异氰酸酯泡沫配方。此外,当水分被固定为2%,相同数量的二氧化碳生成聚氨酯泡沫。因此,所有泡沫卷沿用和泡沫的密度有所下降SPP比例的增加。然而,在含水量3%,泡沫的密度随着SPP比例没有明显变化。原则上,水分含量较高的发泡配方过程生成更多的体积或数量的二氧化碳气体34]。更多的二氧化碳迫使泡沫的细胞壁变薄,导致一个较弱的三维网络,导致减少封闭细胞百分比(图3)[35- - - - - -37]。尽管少异氰酸酯在场参加发泡随着SPP百分比增加,泡沫体积仍然降低了由于增加开放细胞百分比。减少数量的异氰酸酯和泡沫的影响量引起的密度仍或多或少是相同的。含水量4%,泡沫的密度没有显著变化,除了泡沫SPP替换为50%。这是由于相同的原因3%的含水量,上面所讨论的。SPP替代达到50%时,关闭细胞内容仅为60%(图3)导致更低的体积比其他替代品。因此,泡沫SPP替换显示密度略高50%。
3.1.2。关闭细胞百分比和热导率
SPP百分比的影响在关闭细胞百分比和刚性的聚氨酯泡沫的导热系数与不同的含水量是如图3和4,分别。在发泡过程中,水与异氰酸酯反应生成二氧化碳,它扩大了凝胶聚合物创建许多小泡。在同一含水量,聚氨酯泡沫的封闭细胞百分比随SPP比例增加而降低。的功能羟基SPP是次要的,而在VORANOL 490他们主38,39]。众所周知,主要羟基比二级组与异氰酸酯反应快3倍(37,40]。SPP之间的低反应性和异氰酸酯可能减少泡沫细胞的强度,同时产生了一个较弱的三维聚合物网络细胞壁的二氧化碳被困在细胞的压力。因此,SPP比例的增加,封闭在聚氨酯泡沫细胞比例下降。
关闭细胞比例降低含水量增加。这是因为含水量高,生成更多的二氧化碳导致更大的泡沫体积和细胞壁薄。薄细胞壁和更高的气体体积可能会削弱泡沫细胞壁导致封闭的细胞比例较低。
在图4在2 - 4%的含水量,导热系数降低了从0到20或30% SPP百分比,然后增加。热导率主要受两个因素影响:聚合物相的对流和传导的气体被困在细胞(37,41]。随着SPP百分比在泡沫形成过程中,减少异氰酸酯在场参与导致更少的聚合物的聚合阶段。因此,热导率降低时增加了SPP百分比从0到20或30%。另一方面,大量的二氧化碳被困在泡沫随SPP比例增加而降低由于低关闭细胞百分比(图3)。二氧化碳具有较低的导热系数比空气(~ 0.0146 W /可)(~ 0.024 W /可)在室温下(42]。SPP聚氨酯泡沫的导热系数是由聚合物相及气相。当SPP高于20或30%,减少关闭细胞的影响(更少的二氧化碳泡沫)可能超过减少聚合物相的影响。这导致了更高的导热系数。
有趣的是,泡沫的导热系数在3%含水量低于2%,紧随其后的是那些在同一SPP百分比为4%。如上所述,细胞壁薄(少聚合物阶段)或更高的封闭细胞比例导致较低的热导率。高含水量产生更多的气体,泡沫体积大,细胞壁薄,因此,泡沫。含水量4%,泡沫关闭细胞百分比最低但更多的天然气体积。含水量2%,泡沫关闭细胞比例最高,但租赁的二氧化碳量被困在细胞以及最厚的细胞壁。似乎泡沫导热系数最低含水量3%是由于关闭的平衡影响细胞比例和数量如果气体被困在细胞。
3.1.3。抗压强度
图5表明SPP百分比的影响刚性聚氨酯泡沫的抗压强度与含水量不同。含水量2%,抗压强度随SPP比例增加而降低。密度和使交联的聚合物网络的数量是两个主要因素影响房地产的聚氨酯泡沫的抗压强度。更高的密度和/或更多的交叉连接产生更高的抗压强度(43,44]。随着SPP百分比的增加,异氰酸酯存在于发泡。因此,少使交联反应生成的羟基和异氰酸酯官能团(15,45]。此外,泡沫密度降低了SPP比例增加(图略2)。因此,随着SPP百分比增加,抗压强度下降,由于两个交叉连接和密度的降低聚氨酯泡沫。
增加水分含量从2 4%降低了抗压强度(图5)。这主要是由于含水量对泡沫density-higher密度的影响将导致更高的抗压强度。如图2,泡沫的密度在2%含水量高于3%,紧随其后的是4%。因此,泡沫的抗压强度相同的顺序。
总之,含水量对SPP的物理性质有重要影响聚氨酯泡沫。高含水量产生更多的二氧化碳。因此,泡沫体积大,低密度,以及较低的抗压强度。基于前面的结果,SPP刚性聚氨酯泡沫与3%含水量有最好的导热系数,介质密度和抗压强度。因此,异氰酸酯指数的影响研究水分含量3%。
3.2。异氰酸酯指数的影响
3.2.1之上。密度
图6显示了异氰酸酯指数对刚性聚氨酯泡沫的密度在20岁和50%。如图所示,除了SPP聚氨酯泡沫在70年指数50%,泡沫密度增加时增加了异氰酸酯指数。增加异氰酸酯指数提高了实际的异氰酸酯聚合反应,从而增加聚合物网络的总量(46]。另一方面,泡沫体积产生的二氧化碳量是由水和异氰酸酯的反应。这个反应是独立于异氰酸酯指数自异氰酸酯与水反应时没有限制。因此,泡沫体积没有变化的SPP比例也在实验中观察到。与多异氰酸酯泡沫配方(增加异氰酸酯指数),泡沫密度增加。
3.2.2。抗压强度
图7显示不同的异氰酸酯指数的影响抗压强度的刚性聚氨酯泡沫在20岁和50%。提高了异氰酸酯指数增加了泡沫的抗压强度。这是因为异氰酸酯用于泡沫配方,更使交联反应形成的异氰酸酯和多元醇的羟基。此外,泡沫密度增加了异氰酸酯指数(图6)。两个交叉连接和密度的增加导致更高的抗压强度。
50% SPP泡沫的抗压强度小于20%的SPP泡沫和SPP泡沫都小于控制(图7)。这可能是由于不同的异氰酸酯与羟基反应在控制石油多元醇(主要)和那些SPP(二级)。这可能导致更少的交叉连接时增加了SPP从0到50%。此外,控制泡沫的密度也比SPP泡沫导致更高的抗压强度。
3.2.3。抗压强度与异氰酸酯的密度
图8结果显示抗压强度与异氰酸酯的密度刚性聚氨酯泡沫。异氰酸酯密度计算异氰酸酯的百分比乘以密度聚氨酯泡沫(表6)。如图所示,在同一SPP百分比,更高的异氰酸酯密度泡沫困难或有较高的抗压强度。而50% SPP聚氨酯泡沫的抗压强度总是不如那些100% VORANOL 490聚氨酯泡沫,有趣的是,一些20% SPP聚氨酯泡沫被关闭或类似于抗压强度控制在同一异氰酸酯密度。
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4所示。结论
总之,water-blown硬质聚氨酯泡沫是由结合0到50% soy-phosphate多元醇(SPP) petroleum-based-polyol VORANOL 490用2 - 4%的水作为发泡剂。结果表明,含水量显著影响最后的SPP聚氨酯泡沫的物理性能,如密度、抗压强度、热conductivity-lowest含水量产生泡沫体积但最少的密度和抗压强度最高。热导率最低的是在SPP泡沫水含量3%。因为SPP的羟基数量低于490年VORANOL SPP泡沫的抗压强度下降时增加了SPP发泡配方比例。增加了异氰酸酯指数或异氰酸酯密度提高了SPP泡沫的抗压强度。在同一异氰酸酯指数约20% SPP泡沫的抗压强度接近或类似于控制泡沫制成VORANOL 490。
确认
作者感谢美国大豆委员会金融支持本研究。作者没有利益冲突的公司生产VORANOL 490年,爸爸27日Vikoflex 7170年和5357年Dabco直流。
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