4.1.3硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的泡孔直徑分布

為了對聚氨酯泡沫孔徑大小和分布情況進(jìn)行量化，通過ImageJ軟件對SEM測試結(jié)果進(jìn)行處理分析，其孔徑分布直方圖如圖7所示。通過泡沫的孔徑分布直方圖對比結(jié)果可以看出，添加國產(chǎn)-1的聚氨酯泡沫孔徑分布范圍在100~700μm，存在較大直徑的泡孔，添加進(jìn)口-2的聚氨酯泡沫泡孔直徑分布范圍在0~550μm，雖然分布范圍有變窄，但也存在較大泡孔直徑，添加PAVE-5的聚氨酯泡沫泡孔直徑分布范圍在100~450μm，泡孔分布范圍減小，但仍然存在超過400μm的大泡孔,分布范圍最窄的是添加PGVF-6泡沫穩(wěn)定劑的硬質(zhì)聚氨酯泡沫,分布范圍在0~300μm,沒有超過400μm直徑的泡孔，泡沫泡孔直徑得以減小，泡沫泡孔細(xì)小均勻。這種微觀結(jié)構(gòu)上的改善可能得益于在發(fā)泡過程中,接枝APEG的POSS可以作為三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的交聯(lián)點(diǎn),通過其與聚氨酯基體的相容性，親水性-OH基團(tuán)有助于形成更加穩(wěn)定的泡沫結(jié)構(gòu)。

4.2泡沫穩(wěn)定劑性質(zhì)對壓縮性能的影響

4.2.1表面張力

聚氨酯泡沫具有理想泡孔結(jié)構(gòu)的前提是在發(fā)泡過程中所形成的氣泡具有良好的穩(wěn)定性，避免氣泡合并或者破裂。因此合適的泡沫穩(wěn)定劑應(yīng)該具備適宜的表面張力，才能有效提升氣泡穩(wěn)定性進(jìn)而獲得均勻且細(xì)密的泡孔結(jié)構(gòu)。為此對所使用的泡沫穩(wěn)定劑進(jìn)行了表面張力測試，結(jié)果如圖8所示。通過測試結(jié)果可以看出，國產(chǎn)-1的表面張力為25.93mN/m，進(jìn)口-2的表面張力為25.66 mN/m,PAVE-5的表面張力在25.49 mN/m，而PGVF-6的表面張力進(jìn)一步得到降低，為25.31mN/m，這主要是因?yàn)镻GVF-6和PAVE-5特有的疏水性硅氧烷結(jié)構(gòu)有助于降低表面張力，并且PGVF-6相較于PAVE-5具有更長的聚醚鏈段的同時，其鏈段中間分布著疏水基團(tuán),這些疏水基團(tuán)在氣液界面上傾向于排列在氣相一側(cè)，從而減少液相中的分子間作用力，導(dǎo)致表面張力的降低。此外分子鏈越長，這可能增強(qiáng)其在界面上的鋪展能力，進(jìn)而更有效地降低表面張力。官能度的提高，即分子中羥基數(shù)量的增加，可以增加分子與空氣界面的接觸點(diǎn),增強(qiáng)其在界面上的吸附能力,從而進(jìn)一步降低表面張力。

4.2.2溶解性

聚氨酯發(fā)泡過程中，各原料之間的相容性對泡沫的性能有重要影響。相容性好的原料可以確保發(fā)泡過程中的化學(xué)反應(yīng)順利且充分進(jìn)行，從而獲得均勻、細(xì)膩的泡沫結(jié)構(gòu),提高泡沫的物理性能和使用性能。表3是不同種類泡沫穩(wěn)定劑在不同溶劑中的溶解性測試，通過測試結(jié)果可知,經(jīng)過接枝改性后的PAVE-5和PGVF-6在多元醇和環(huán)戊烷中的溶解性較好,和國產(chǎn)-1、進(jìn)口-2等泡沫穩(wěn)定劑都能夠很好的溶解在多元醇和環(huán)戊烷中。PGVF-6和PAVE-5在多元醇中表現(xiàn)出的優(yōu)良溶解性主要得益于POSS接枝的APEG鏈段的醚鍵和羥基都具有明顯的極性，這使得其分子間以及與其他極性分子間可以形成較強(qiáng)的極性相互作用。這種相互作用有助于分子間的相容性，對聚氨酯泡沫的形成和性能有積極作用。

表3不同種類泡沫穩(wěn)定劑的溶解性

4.2.3黏度

黏度是衡量液體內(nèi)部摩擦力的一種指標(biāo)，在泡沫形成過程中，硬質(zhì)聚氨酯泡沫穩(wěn)定劑的黏度會影響氣泡的生成和分散。通過調(diào)整泡沫穩(wěn)定劑的黏度，可以優(yōu)化氣泡的大小和分布均勻性，減少泡沫的聚并和破裂，從而改善泡沫的整體質(zhì)量。高黏度的泡沫穩(wěn)定劑可以在氣液界面形成較厚的吸附層，增加液膜的機(jī)械強(qiáng)度，抵抗外界的擾動和重力作用。此外黏度高的穩(wěn)定劑能夠減緩液膜中的液體向Plateau邊界的排液速度，從而延長泡沫的生命周期。通過表4中的結(jié)果可以看出接枝更長聚醚鏈段和2-壬烯酸甲酯的PGVF-6具有最高的黏度，這使得其能在發(fā)泡過程中提供厚實(shí)的孔壁，所制的聚氨酯泡沫能夠承受更大的壓力而不發(fā)生屈服或破裂，因此泡沫的抗壓縮性能得到明顯提高。

表4不同泡沫穩(wěn)定劑與對應(yīng)聚醚多元醇混合后的黏度

5結(jié)論

通過“烯-硫醇”點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)制備了兩種新型POSS基雜化泡沫穩(wěn)定劑(PAVE-5、PGVF-6)。傅里葉紅外光譜、核磁波譜等測試結(jié)果證實(shí)了雜化穩(wěn)定劑的成功制備。添加了PGVF-6型泡沫穩(wěn)定劑制得的硬質(zhì)聚氨酯泡沫相較于兩種市售產(chǎn)品展現(xiàn)出了更加出色的抗壓縮性能(205.29kPa)。這種抗壓縮性能提升的主要機(jī)理是由于:(1)PGVF-6結(jié)構(gòu)中引入親水性基團(tuán)有利于其在多元醇體系中分散更加均勻，提升與聚氨酯基體的相容性，形成緊密細(xì)致的泡孔結(jié)構(gòu);(2)低表面張力可以提升氣泡穩(wěn)定性進(jìn)而獲得更加均勻且細(xì)密的泡孔，形成更加穩(wěn)定的泡沫結(jié)構(gòu);(3)POSS基納米雜化泡沫穩(wěn)定劑具有三維有機(jī)-無機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以為聚氨酯泡沫提供支撐骨架，有效提升抗壓縮強(qiáng)度。

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）