聚氨酯酰亚胺泡沫塑料的开发与应用

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1、聚氨酯酰亚胺泡沫塑料的开发与应用周成飞(北京市射线应用研究中心，辐射新材料北京市重点实验室，北京，100015)聚(氨酯一酰亚胺)(poly(urethane．imide)，简称PuI)是聚氨酯(PⅥ和聚酰亚胺(PI)相互渗透、交叉发展而形成的一种新型聚合物材料。这种嵌段共聚物具有良好的微相分离特征，既保持了PU的由软段和硬段所组成的主体结构，又导入了酰亚胺这个氮杂环刚性基团，这就避免了PU的耐温性差、易水解和PI的可加工性差等缺点，因此，作为一种高性能的新型聚合物而受到了人们的高度重视【l】。从应用研究方面来看，PLTI材料目前主要涉及涂料与粘

2、合剂、分离膜、航天航空与电子工业、光敏与数据储存器件等领域。其中，泡沫塑料作为其一个重要的应用方面而特别引人关注，因此，本文主要就PU泡沫塑料的开发与应用研究进展作一介绍。1制备方法1．1发泡方法PLⅡ泡沫材料制备的最基本要点是其发泡方法。从反应机理来讲，在PU泡沫制备过程中，所发生的主要化学反应包括①由二酐与异氰酸酯反应形成具有酰亚胺结构的硬段并放出C02气体、②由大分子多元醇与异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯基和⑨由水与异氰酸酯反应生成脲基并产生C02气体。发泡过程中，上述反应同时进行，最终形成具有软硬段结构的Pu大分子网络结构。用水作发泡剂时，泡

3、沫制备实际上是利用水与异氰酸酯反应所产生的C02气体以及二酐与异氰酸酯反应所以产生的C02气体来共同实现发泡之目的。从制备工艺上讲，PIJl泡沫的制备方法可分为一步法、半预聚法和预聚体法。一般来说，预聚体法以及PU半预聚法由于存在物料粘度大而不易操作的缺点，而一步法和PI半预聚法显得比较合适。表1是采用一步法和PI半预聚法制备的PUI泡沫的影响性能测试结果。表1一步法和PI半预聚法制得PU]泡沫的性能比较密度开孔率氧指数热失重温度(℃)平均吸声系数(g／cm3)(％)(％)S％15％50％125—4000Hz，30ram厚一步法0．02396．4

4、34179．4216．2371，00-39半预聚法0．04291．134185．1219．3593．80．371．2辐射改性在PUI泡沫塑料的开发研究方面，有利用辐射改性方法来制备的工作。例如，用1，射线辐照先制得辐射交联改性的有机多元醇(如图1)，然后再利用它制备PUI泡沫塑料。表2给出了松香酯多元醇和聚醚多元醇经不同吸收剂量的丫射线辐照后黏度的变化情况。由表2中的数据分析可知，不管是松香酯多元醇还是聚醚多元醇，两者的黏度都是随着吸收剂量的增加而增加，当吸收剂量为100kGy时达到最高，然后随吸收剂量的增加而逐渐下降。这种黏度的增加，可认为是如

5、图1所示的辐射交联所造成的，并且，吸收剂量为100kGy时达到最佳的交联效果。表3给出了由辐射交联改性多元醇制备的PUI泡沫塑料及其性能。134八，一一__口—_

6、一—曝图1辐射交联改性有机多元醇的制备表2Y射线辐照条件下吸收剂量对有机多元醇黏度的影响样品密度开孔率氧指数5％热失重温度(g／cm3)(％)(％)(℃)另外，还可以通过Y射线辐射方法制备聚合物多元醇【2J，再用制得的聚合物多元醇来制备PUI泡沫塑料。具体是先按图2所示的方法制得含双键的聚醚大分子单体，再将它与乙烯基单体(苯乙烯和丙烯腈)一起加入到聚醚多元醇中，然后在丫射线辐照下发生辐

7、射接枝共聚(如图3所示)，由此制得聚合物多元醇。其中所形成的分散体颗粒具有如图4所示的形态。ff,J女H，笔者等进行了研究：采用自制的三种大分子单体，苯乙烯／丙烯腈之比如55／45，并且，苯乙烯／丙烯腈混合物的加入量为基础聚醚的55％(质量百分比)，采用Y射线辐照，吸收剂量分别为5kGy和25kGy，吸收剂量率为10kGy／d,时。采用高速离心方法将分散体颗粒从聚合物多元醇中分离出来，并用进行了扫描电子显微镜(SEM)，XRD和TG等对其进行分析测试。(1)图2聚醚大分子单体的合成PAS》点c肛赫+一1-一k'radiation大分子单体接枝聚醚

8、135铡矿=叫4-CH矿=C．H——’～c心一掣一(]-12一车H～凹P。h钳Ph(硝)(㈨(PAS)图3聚合物多元醇的辐射合成OH图4聚合物多元醇中分散颗粒的形态图5是分散体颗粒的扫描电镜图，结果表明，大分子单体和吸收剂量都会影响到聚合物多元醇中分散体颗粒的形态。其中，在吸收剂量25kGy条件下用不同大分子单体制各的聚合物多元醇，其分散体颗粒形态表现出明显差异。而且，从XRD的测试结果(图6)来看，吸收剂量还可能影响的分散体颗粒的有序结构，这是因为在较低吸收剂量(5kGy)下获得的分散体颗粒，其XRD谱图中的肩状衍射峰更明显。此外，从TG的测试

9、结果(如表4所示)来看，吸收剂量对分散体颗粒的热稳定性也有一定的影响，较高吸收剂量(25kGy)下制得的分散体颗粒具有较好的热稳定性。并