聚氨酯泡沫塑料的制备教学教材
聚氨酯泡沫塑料的制备实验
聚氨酯泡沫塑料的制备实验聚氨酯是由异氰酸酯和羟基化合物通过逐步加聚反应得到的聚合物。
它具有各方面的优良性能，因此得到了广泛的应用。
目前的聚氨酯产品有：聚氨酯橡胶、聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯人造革、聚氨酯涂料及粘接剂。
其中以聚氨酯泡沫塑料的产量最大，由于它具有消音、隔热、防震的特点。
主要用于各种车辆的坐垫、消音防震材料以及各种包装用途 一、实验目的熟悉多种不同密度软质和硬质聚氨酯泡沫塑料的制备方法，了解聚氨酯泡沫塑料发泡的原理。
对比软硬泡沫使用原料的不同，合理设计配方，掌握分析影响泡沫材料性能的工艺因素二、基本原理聚氨酯泡沫的形成是一种比任何其他聚氨酯的形成都远为复杂的过程，处在聚合物系统中的化学和物理状态变化外，泡沫的形成又增加了胶体系统的特点。
要了解聚氨酯泡沫的形成，还需要涉及到气体发生和分子增长的高分子化学、核晶过程和稳定泡沫的胶体化学以及聚合体系熟化时的流变学。
聚氨酯泡沫的制造分为三种预聚体法、半预聚体法和一步法。
本实验主要采用一步法。
一步法发泡即是将聚醚或聚酯多元醇、多异氰酸酯、、水以及其他助剂如催化剂、泡沫稳定剂等一次加入，使链增长、气体发生及交联等反应在短时间内几乎同时进行，在物料混合均匀后，1—10秒即行发泡，0.5-3分钟发泡完毕，并得到具有较高分子量、一定交联密度的泡沫制品。
要制得孔径均匀和性能优异的泡沫，必须采用复合催化剂、外加发泡剂和控制合适的条件，使三种反应得到较好的协调。
在聚氨酯泡沫制备过程中主要发生如下反应。
1、 预聚体的合成由二异氰酸酯与聚醚或聚酯多元醇反应生成含异氰酸酯端基的聚氨酯预聚体。
OCN -R-NCO + H OOH OCN-R-NH-C-OOO-C-NH-R-NCOO2、起泡的形成与扩链异氰酸根与水反应生成的氨基甲酸不稳定，分解生成胺与与二氧化碳，放出的二氧化碳气体在聚合物中形成起泡，并且生成的端基聚合物可与异氰酸根进一步发生扩链反应得到含脲基的聚合物NCO + H 2ONH-C-OHNH 2 + CO 2ONH 2 +NCO扩链N-CH-NHO 3、交联固化异氰酸根与脲基上的活泼氢反应，使分子链发生交联，形成网状结构NH CO NHR + OCN -R -NCO + NHCONH + CON -R -NCO +------R聚氨酯泡沫塑料按其柔韧性可分为软泡沫和硬泡沫，主要取决于所用的聚醚或聚酯多元醇，使用较高分子量及相应的较低羟值的线性聚醚或聚酯多元醇时，得到的产物交联度较低，为软质泡沫；若用短链或支链较多的聚醚或聚酯多元醇时，为硬质泡沫。
软质聚氨酯泡沫塑料
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软质聚氨酯泡沫塑料的制备
一.软质聚氨酯泡沫塑料的基本介绍
软质聚氨酯泡沫塑料（简称聚氨酯软泡） 是指具有一定弹性的一类柔软性聚氨酯泡 沫塑料，它是用量最大的一种聚氨酯产品。 聚氨酯软泡的泡孔结构多为开孔的。一般 具有密度低、弹性回复好、吸音、透气、 保温等性能，主要用作家具垫材、交通工 具座椅垫材、各种软性衬垫层压复合材料， 工业和民用上也把软泡用作过滤材料、隔 音材料、防震材料、装饰材料、包装材料 及隔热保温材料等。
去离子水：发泡剂。
硅油：使气泡均匀稳定
二月桂酸二丁基锡：活化异氰酸酯。
甲苯二异氰酸酯：性质活泼，能与端基是羟基的树脂，如聚酯（二 元酸与多元醇的缩合物）、聚醚（二、三、四、六等多羟基聚醚） 等进行交联；极易与水反应产生二氧化碳气体。
四.实验方法
1.预聚体法
预聚体法通常是将泡沫塑料的制造分为两步进行，故又称 两步法。首先将聚合多元醇(末端带有两个以上羟基的 聚醚或聚酯)和二异氰酸酯反应，制成末端带有异氰酸 酯基团的低分子聚合物(预聚体)；其次将水在高速搅拌 下加入预聚体，反应后生成脲基，形成高聚物。此外， 由于在反应中生成二氧化碳，因而在形成链增长的同时 进行发泡反应，最终制成泡沫塑料。在反应过程中，物 料中还加入催化剂和表面活性剂以相应地调节反应速率 和泡沫孔径。其发泡反应式简单表示如下：
合物： ～NCO+ ～NH2 → ～NHCONH ～
3.脲基甲酸酯反应 氨基甲酸酯基团中氮原子 上的氢与异氰酸酯反应，形成脲基甲酸酯：
～NCO+ ～NHCO基中氮原子上的氢与 异氰酸酯反应形成缩二脲：
～NCO+ ～NHCONH ～→ ～NHCONCONH ～
比较：预聚体法用于聚醚型泡沫塑料，半预聚体 法用于聚酯型泡沫塑料。
课件12软质聚氨酯泡沫配方计算(精)
PAPI的用量，18.02是水的相对分子质量，根据反应方 程式，1个水分子消耗2个NCO(如1个TDI分子)。配方 中化学发泡剂水的用量一般指总的水用量，除加入的水 外，还包括聚醚多元醇及其它组分所含的水分。
由于多元醇含有少量水分，100份多元醇所含的水分 就较可观，一般需把多元醇及填料、助剂中所含的水分 计算在内。
骣 ç ç 30 70 ? 0.1% ç 70 M iso =ç + + ç 56100 56100 ç ç ç 桫 56 112 30 ? 0.2% 9 3.3 + ÷ ÷ 0.1? 67% ÷ ÷ 87.05 1.05/99% = 47.28 ÷创 ÷ 67 ÷ ÷ ÷
即100克多元醇中加入TDI 47.28克
工发泡的基础上发展起来的。 采用箱式发泡法生产软泡的优点主要有：设备投 资少，占地面积小，设备结构简单，操作和维修简单 方便，生产机动灵活。 箱式发泡的工艺参数应控制在一定范围，因为即 使相同的配方，采用不同工艺参数制得的泡沫性能也 一不定相同。
原料温度可控制在（25±3）℃，搅拌速度
900～1000r/min，搅拌时间5～12s。加TDI之前聚醚
丙二醇
62.06
76.08
2
2
2.806
2.289
二丙二醇
二乙二醇
134.2
106.1
2
2
1.298
1.642
(4)计算整个配方所需异氰酸酯的用量
把每质量份含活性氢原料所需消耗
的异氰酸酯分别乘以实际用量，加和后 乘以异氰酸酯指数即得整个配方所需异
氰酸酯的用量。
例如，在软泡生产中，一次用68kg多元醇(羟值 56mgKOH／g，含水分0.1％)，配方中加水3份／l00 份多元醇，不计其它助剂消耗的TDI，TDI指数为
实验6聚氨酯泡沫塑料的制备ppt课件
CO
CO
HN + OCN R NCO + HN
NHCO N
N CONH R NHCO
CO
CO
N CONH R NHCO N
4
主要试剂和仪器
试剂
三羟基聚醚、TDI、三乙醇胺、二月桂酸二丁基锡、 硅油、去离子水
仪器
烧杯、纸杯、玻璃棒、烘箱
5
操作步骤
①烧杯（25ml）
在烧杯中滴加0.1g三乙醇胺（3滴）和0.2g水（5 滴）和10g三羟基聚醚
7
注意事项
只有在①烧杯中滴加水，②烧杯中无水。 如果单独搅拌②烧杯时产生气泡，说明 所加物质中含水；
所使用的TDI和二月桂酸二丁基锡均为 无色澄清液体，否则，不能使用；
将①烧杯缓慢倒入②烧杯中，若气泡太 多，应立即转移至纸杯中。
8
②烧杯（50ml）
在烧杯中依次加入20g三羟基聚醚、10gTDI （8ml）和0.1g二月桂酸二丁基锡（3滴），用 玻璃棒搅拌均匀，可观察到有反应热放出
6
操作步骤
①+②混合
在①烧杯中再滴加10滴硅油，搅匀后倒入②烧杯， 再搅匀，待反应混合物变稠后，立即倒入纸杯中， 室温放置0.5h，再放入70℃烘箱中加入0.5h使 其充分交联固化，即可得到软质聚氨酯泡沫。
实验六 聚氨酯泡沫塑料的制备
1
制备原理
预聚体合成 发泡和扩链
交联固化
OCN R NCO + HO
OH
O OCN R NH C O
O O C NH R NCO
2
发泡和扩链
NCO + H2O
O NH C OH
NH2 + CO2
NH2 +
实验十软质聚氨酯泡沫塑料的制备
四、思考题
聚氨酯泡沫塑料的软硬由哪些因素决定？如何保证均匀的泡孔 结构？
二 、二氮杂双环[2,2,2]辛烷（DABCO） 或三乙醇胺 二月桂酸二丁基锡 硅油 水 烧杯、玻棒、纸盒（100×100×50mm）
35 g 10 g
0.1 g
0.1g 0.1～0.2 g 0.2g
三、实验步骤
（1）在一25 mL烧杯（1#）中将0.1g（约3滴）三乙醇胺溶解 在0.2g（约5滴）水和10g三羟基聚醚中。
实验10 软质聚氨酯泡沫塑料的制备
一、 基本原理
聚氨酯泡沫塑料的合成可分为三个阶段： （1）预聚体的合成，由二异氰酸酯单体与端羟基聚醚或聚酯反
应生成含异氰酸酯端基的聚氨酯预聚体。
（2）气泡的形成与扩链，在预聚体中加入适量的水，异氰酸酯 端基与水反应生成的氨基甲酸不稳定，分解生成端氨基与CO2，放 出的CO2气体在聚合物中形成气泡，并且生成的端氨基聚合物可与 聚氨酯预聚体进一步发生扩链反应。
（2）在另一50mL烧杯（2#）中依次加入25g三羟基聚醚、 10g甲苯二异氰酸酯和0.1g（约3滴）二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀， 可观察到有反应热放出。
（3）然后在1#烧杯中加入0.1～0.2g（约10滴）硅油，搅拌均 匀后倒入2#烧杯，搅拌均匀，当反应混合物变稠后，将其倒入纸盒 中。
（4）在室温下放置0.5h后，放入约70℃的烘箱中加热0.5h， 即可得到一块白色的软质聚氨酯泡沫塑料。
（3）交联固化，游离的异氰酸酯基与脲基上的活泼氢反应，使 分子链发生交联形成体型网状结构。
聚氨酯泡沫塑料的软硬取决于所用的羟基聚醚或聚酯，使用较 高分子量及相应较低羟值的线型聚醚或聚酯时，得到的产物交联度 较低，为软质泡沫塑料；若用短链或支链的多羟基聚醚或聚酯，所 得聚氨酯的交联密度高，为硬质泡沫塑料。
聚氨酯泡沫塑料教材
聚氨酯泡沫塑料教材引言聚氨酯泡沫塑料是一种常见的材料，具有轻质、隔热、吸音等特点，在建筑、包装、交通工具等领域得到广泛应用。
本文档将介绍聚氨酯泡沫塑料的基本特性、制造工艺以及应用领域，以便读者对这种材料有更深入的了解。
1. 聚氨酯泡沫塑料的基本特性聚氨酯泡沫塑料具有以下几个基本特性：•轻质：聚氨酯泡沫塑料的密度低，比重小，使得物体变得轻盈，适合在需要减轻重量的场合使用。
•隔热：聚氨酯泡沫塑料的结构透气性好，能有效地阻挡热量的传输，具有良好的隔热性能，被广泛应用于建筑、冷藏箱等领域。
•吸音：聚氨酯泡沫塑料可以通过调整其结构，实现吸音功能，常用于音频设备、车辆噪音隔离等领域。
•耐腐蚀：聚氨酯泡沫塑料具有很强的耐腐蚀性能，能够抵抗酸碱以及大部分溶剂的侵蚀，适用于一些特殊环境下的使用。
•加工性好：聚氨酯泡沫塑料可以通过模压、喷涂、浇注等多种加工方式来制造成各种形状，非常灵活。
2. 聚氨酯泡沫塑料的制造工艺2.1 原料准备制造聚氨酯泡沫塑料的主要原料包括聚醚多元醇、多巴胺、二异氰酸酯等。
这些原料在一定的比例下混合，形成聚氨酯泡沫塑料的基础组分。
2.2 反应在制造过程中，原料混合后往往需要进行反应。
常见的反应方式有以下几种：•醇反应：聚醚多元醇与多巴胺在一定的温度下反应，生成聚氨酯链的主体结构。
•异氰酸酯反应：二异氰酸酯与聚醚多元醇中的氢原子发生反应，形成三聚氰胺结构。
•水分分解反应：一些聚氨酯泡沫塑料加入适量的水分进入反应体系，通过水和异氰酸酯的反应增加泡沫塑料的体积。
2.3 发泡反应后的聚氨酯泡沫塑料混合物通常需要进行发泡处理，以增加其体积。
常见的发泡方式有以下几种：•物理发泡：通过物理手段，如振动、加热等，使混合物中的气泡产生增多并膨胀，形成泡沫状。
•化学发泡：通过在混合物中引入发泡剂，触发化学反应，产生气体，使混合物形成泡沫。
2.4 固化和成型经过发泡后，聚氨酯泡沫塑料需要进行固化和成型。
固化可以通过加热或等待一定时间使其自然固化。
【精品】聚氨酯泡沫塑料的制备实验
聚氨酯泡沫塑料的制备实验聚氨酯是由异氰酸酯和羟基化合物通过逐步加聚反应得到的聚合物。
它具有各方面的优良性能，因此得到了广泛的应用.目前的聚氨酯产品有：聚氨酯橡胶、聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯人造革、聚氨酯涂料及粘接剂。
其中以聚氨酯泡沫塑料的产量最大，由于它具有消音、隔热、防震的特点.主要用于各种车辆的坐垫、消音防震材料以及各种包装用途一、实验目的熟悉多种不同密度软质和硬质聚氨酯泡沫塑料的制备方法，了解聚氨酯泡沫塑料发泡的原理。
对比软硬泡沫使用原料的不同,合理设计配方，掌握分析影响泡沫材料性能的工艺因素二、基本原理聚氨酯泡沫的形成是一种比任何其他聚氨酯的形成都远为复杂的过程,处在聚合物系统中的化学和物理状态变化外，泡沫的形成又增加了胶体系统的特点。
要了解聚氨酯泡沫的形成，还需要涉及到气体发生和分子增长的高分子化学、核晶过程和稳定泡沫的胶体化学以及聚合体系熟化时的流变学.聚氨酯泡沫的制造分为三种预聚体法、半预聚体法和一步法.本实验主要采用一步法。
一步法发泡即是将聚醚或聚酯多元醇、多异氰酸酯、、水以及其他助剂如催化剂、泡沫稳定剂等一次加入，使链增长、气体发生及交联等反应在短时间内几乎同时进行，在物料混合均匀后,1—10秒即行发泡，0。
5—3分钟发泡完毕,并得到具有较高分子量、一定交联密度的泡沫制品。
要制得孔径均匀和性能优异的泡沫，必须采用复合催化剂、外加发泡剂和控制合适的条件,使三种反应得到较好的协调。
在聚氨酯泡沫制备过程中主要发生如下反应。
1、 预聚体的合成由二异氰酸酯与聚醚或聚酯多元醇反应生成含异氰酸酯端基的聚氨酯预聚体。
OCN -R-NCO + H OOH OCN-R-NH-C-OOO-C-NH-R-NCOO2、起泡的形成与扩链异氰酸根与水反应生成的氨基甲酸不稳定，分解生成胺与与二氧化碳，放出的二氧化碳气体在聚合物中形成起泡，并且生成的端基聚合物可与异氰酸根进一步发生扩链反应得到含脲基的聚合物NCO + H2ONH-C-OH NH2 + CO2 ONH2 +NCO扩链N-CH-NHO3、交联固化异氰酸根与脲基上的活泼氢反应,使分子链发生交联，形成网状结构NH CO NHR + OCN -R -NCO + NHCONH + CON -R -NCO +------R聚氨酯泡沫塑料按其柔韧性可分为软泡沫和硬泡沫，主要取决于所用的聚醚或聚酯多元醇，使用较高分子量及相应的较低羟值的线性聚醚或聚酯多元醇时，得到的产物交联度较低,为软质泡沫；若用短链或支链较多的聚醚或聚酯多元醇时,为硬质泡沫。
实验二十二 聚氨酯泡沫塑料的制备
实验二十二 聚氨酯泡沫塑料的制备一、实验原理聚氨酯是由异氰酸酯和羟基化合物通过逐步加聚反应得到的聚合物。
它具有各方面的优良性能，因此得到广泛的应用。
目前已有的聚氨酯产品有：聚氨酯橡胶、聚氨酯泡沫塑料聚氨酯人造革、聚氨酯涂料及粘结剂。
其中以聚氨酯泡沫塑料的产量最大，由于它具有消音、隔热、防震的特点，所以主要用于各种车辆的座垫、消音防震材料以及各种包装。
聚氨酿泡沫塑料按其柔韧性的大小可以分为：软泡沫和硬泡沫两大类，另外根据泡沫中气孔的形状又可以分为开孔型和闭孔型两类。
软泡沫—般是由异氰酸酸与双官能团长链聚醚反应合成的，而硬泡沫则是由多官能团的异氰酸酯与多官能团的聚醚(聚酯)制备的。
在聚氨酯泡沫塑料的制备过程中，主要发生以下三个反应：(1)加成反应 O C N R N C O +HO OH NH C O O 加成反应生成的线型聚氨酯，作为反应物的羟基化合物一般是低分子量的聚醚(聚酯)， 分子量不超过5000。
(2)发泡反应O C N R N C O +NH C O OH H 2O NH 2+CO 2 这个反应产生出大量的C02，由于反应体系中粘度很大，不能逸出，从而在体系内部把反应物扩充成许多气泡的泡沫体，所以它是形成泡沫体的主要因素。
(3)交联反应(凝胶反应)这个反应导致支化、交联，产生凝胶化作用，从而有效把CO 2气体保留在泡沫体内部。
在以上的三步反应中，还需要加入几种催化剂，如：有机锡、叔胺等。
它可以加速异氰酸酯、水、聚醚之间的反应，使泡沫体迅速的生成。
如果我们适当的调节催化剂，反应物料的用量以及控制反应条件，使这三步反应能够紧密的配合，在发泡反应进行的同时，聚合物迅速的生成，使体系的粒度强在聚合体内扩充出许多气泡，最后产生凝胶化，使气大，从而将发泡反应产生的C02泡固定下来，得到我们所需的泡沫塑料。
聚氨酯泡沫塑料按其柔韧性可分为软泡沫和硬泡沫，主要取决于所用的聚醚或聚酯多元醇，使用较高分子量及相应较低羟值的线形聚醚或聚酯多元醇时，得到的产物交联度较低，为软质泡沫；若用短链或支链较多的聚醚或聚酯多元醇时，为硬质泡沫。
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要制得泡沫孔径均匀和性能优异 的泡沫，必须采用复合催化剂、外加 发泡剂和控制合适的条件，使三种反 应得到较好的协调。在聚氨酯泡沫制 备过程中主要如下反应。
2.1 预聚体的合成
由二异氰酸酯与聚醚或聚酯多元醇 反应生成含异氰酸酯端基德聚氨酯预 聚体。 OCN-R -NCO+HO-R-OH→OCNR-NHCOO~~~OOCHN-R-NCO
聚氨酯泡沫塑料的制备
1.实验目的 2.实验原理 3.实验配方组成 4.实验仪器 5.实验步骤 6.实验记录及数据处理 7.思考题
1.实验目的
• 1.2 掌握制备聚氨酯泡沫塑料的反应原 理及过程。
• 1.2 了解各组分的作用及影响。
2.实验原理
聚氨酯泡沫的形成是一种比任何 其它聚氨酯的形成都远为复杂的过程 ，除在聚氨酯系统中的化学和物理状 态变化之外；泡沫的形成又增加了胶 体系统的特点。要了解聚氨酯泡沫的 形成，还须涉及气体发生和分子增长 的高分子化学、核晶过程和稳定泡沫 的胶体化学以及聚合体系熟化时的流 变学。
5.实验步骤
• 5.1 用稍硬的纸折成尺约为 80mm×80mm×80mm的纸盒以作模具用 。
• 5.2 配制溶液 • (1)配制甲溶液 在25ml的烧杯中，
加入0.1g二月桂酸二丁基锡和5滴水， 溶解后再加入10g三羟基聚醚，作为甲 溶液。
• （2）配制乙溶液 在250ml烧杯中， 依次加入25g三羟基聚醚，10g甲苯二 异氰酸酯，5滴二月桂酸二丁基锡，搅 匀，此时有反应热放出，此为二异氰酸酯（TDI） • 三羟基聚醚（相对分子质量为
2000~4000） • 二月桂酸二丁基锡 • 1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷（DABCD)
（三亚乙基二胺） •水 • 有机硅油
4.实验仪器
• 烧杯 • 玻璃棒 • 纸盒（80mm×80mm×80mm） • 台秤 • 烘箱
2.2 气泡的形成与扩链
异氰酸根与水反应生成的氨基甲 酸不稳定，分解生成胺与二氧化碳气 体在聚合物中形成气泡，并且生成的 端氨基聚合物可与异氰酸根进一步发 生扩链反应得到含脲基的聚合物。
• 2.3 交联固化
异氰酸根与脲基上的活泼氢反应使 分子链发生交联，形成网状结构。
聚氨酯泡沫塑料按其柔轫性可分为软 泡沫和硬泡沫，主要取决于所用的聚醚或 聚酯多元醇，使用较高分子量及相应较低 羟值的线形聚醚或聚酯多元醇时，得到的 产物交联度较低，，为软质泡沫；若用短 链或支链较多的聚醚或聚酯多元醇时，为 硬质泡沫。根据气孔的形状聚氨酯泡沫可 分为开孔型和闭孔型，可通过添加助剂来 调节。乳化剂可使水在反应混合物中分散 均匀，从而可保证发泡的均匀性；稳定剂 可防止在反应初期泡孔结构的破坏。
• 6.2 记录甲、乙两种溶液混合后产生 的变化情况。
• 6.3 准确计算出反应前、后的体积变 化情况。
7.思考题
• 7.1 写出合成聚氨基甲酸酯的反应方 程式。
• 7.2 上述配方中各组分的性质及作用 是什么？
• 7.3 切开所制得的泡沫塑料，观察泡 孔分布的情况，试讨论影响泡孔分布 均匀程度的各种因素。
• （3）甲溶液中加入约10滴有机硅油， 搅匀后，将此溶液迅速倒入乙溶液中 ，用玻璃棒迅速搅拌，待反应物变稠 后，将其转移到纸模具中，于温室放 置0.5h，在放入约70℃的烘箱中烘1h ，即可得到一块软质聚氨酯泡沫塑料 。
6.实验记录及数据处理
• 6.1 准确记录实训过程中的实训数据 及发生的现象。