摘要:為提升硬質(zhì)聚氨酯材料的力學性能，研究以巰巰基POSS(SH-POSS)為有機-無機納米橋梁，采用“烯-硫醇”點擊化學反應，結合疏水基團單端乙烯基聚二甲基硅氧烷(VDMS)、2-壬烯酸甲酯(FEMA)以及親水基團聚乙二醇單丙烯酸酯(APEG400)和烯丙基聚醚(APEG750)制備了新型POSS基雜化泡沫穩(wěn)定劑。利用傅里葉紅外光譜和核磁共振波譜對目標雜化材料進行了分子結構表征，通過測試其表面張力、溶解性及力學性能，評估了不同化學結構泡沫穩(wěn)定劑對泡沫壓縮性能的影響。結果顯示，POSS基復合材料結構可控的分子特點能使其表面張力低至25.31mN/m，聚醚鏈段的存在能有效改善組分間相容性，顯著提高了氣泡穩(wěn)定性。該納米雜化材料可有效吸附于硬質(zhì)聚氨酯泡沫結構內(nèi)部，增強泡壁強度，賦予泡沫材料更加細膩均勻的泡孔分布及優(yōu)異的力學性能，壓縮強度提升至205.29kPa。

引言

硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料因其優(yōu)異的隔熱、隔音和機械性能，廣泛應用于建筑、家電和汽車等領域。隨著應用需求的增加，特別是在承載性應用中，泡沫的抗壓縮性能變得尤為重要。泡沫的結構穩(wěn)定性與發(fā)泡過程中泡孔的尺寸、均勻性及泡孔壁強度密切相關，因此優(yōu)化泡孔結構和選擇合適的泡沫穩(wěn)定劑至關重要。

目前，常用的有機硅基泡沫穩(wěn)定劑雖然能調(diào)節(jié)泡孔結構，但現(xiàn)有市場銷售的泡沫穩(wěn)定劑在高負荷應用條件下，仍無法顯著提高聚氨酯泡沫的抗壓縮強度，泡孔結構容易受壓變形，從而影響材料的整體性能。

POSS基復合材料因其籠型結構和良好的相容性，具有改善聚氨酯泡沫力學性能的潛力，它不僅能在泡孔表面形成穩(wěn)定膜，抑制大孔生成，還能與發(fā)泡組分反應，增強泡孔內(nèi)壁的力學性能。

為此，本研究提出了一種基于自制POSS基復合材料的新型泡沫穩(wěn)定劑，通過在其結構中引入特定的功能化鏈段，以改善硬質(zhì)聚氨酯泡沫力學性能。實驗結果表明，添加自制POSS基復合材料的泡沫不僅泡孔結構均勻，泡孔內(nèi)壁致密，壓縮性能顯著增強，還能顯著提升抗壓縮強度，展現(xiàn)出良好的應用潛力。本研究通過對POSS基泡沫穩(wěn)定劑的分子結構設計及其在發(fā)泡體系中的作用機理進行深入探討，為未來硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料的優(yōu)化提供了新的思路和解決方案。

1實驗

1.1實驗原材料

試劑:巰巰基POSS(SH-POSS)、聚乙二醇單丙烯酸酯、聚硅氧烷為實驗室自制;環(huán)戊烷、光引發(fā)劑(2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮)、2-壬烯酸甲酯、二氯甲烷均為分析純，上海泰坦科技;烯丙基聚醚、聚醚多元醇、多異氰酸酯、國產(chǎn)泡沫穩(wěn)定劑1(國產(chǎn)-1)、進口泡沫穩(wěn)定劑2(進口-2)均源自南京美思德有限公司。

1.2 POSS-APEG4001-VDMS2-FEMA5與POSS-APEG750_1-VDMS1-FEMA6雜化材料的制備

在已經(jīng)加入25mL二氯甲烷溶劑的50mL圓底燒瓶中加入定量組分的APEG400、VDMS和FEMA，進行混合溶解，最后加入1%(質(zhì)量分數(shù))的光引發(fā)劑溶解完全后進行封口處理，于溫度為30℃、攪拌速度為300r/min的條件下，放置于紫外燈(20W)照射45min，反應結束后，旋蒸除去溶劑，最終得到無色透明、流動性明顯且富有粘稠狀態(tài)的液體產(chǎn)物POSS-APEG4001-VDMS2-FEMA5，簡稱為PAVE-5。同樣的方法改變其中之一的單體為APEG750，合成得到POSS-APEG7501-VDMS1-FEMA,簡稱PGVF-6。

1.3硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料制備

根據(jù)傳統(tǒng)制備工藝制備硬質(zhì)聚氨酯泡沫，分別把添加國產(chǎn)-1、進口-2、PAVE-5和PGVF-6泡沫穩(wěn)定劑得到的硬質(zhì)聚氨酯泡沫命名為RPU-1、RPU-2、RPU-3、RPU-4。

表1添加不同泡沫穩(wěn)定劑得到的不同硬質(zhì)聚氨酯泡沫

1.4樣品的性能及表征

1.4.1傅里葉紅外光譜(FT-IR)

通過FT-IR光譜儀分析樣品的分子結構和化學組分，Nicolet8700型，賽默飛世爾科技公司。

1.4.2核磁共振氫譜(1HNMR)

通過核磁共振譜儀分析樣品的分子結構和化學組分,DMX600型,布魯克磁共振事業(yè)部。

1.4.3壓縮性能測試

按GB/T8813-2008標準,通過微控電子萬能試驗機測試樣品的壓縮性能,WDW3020型,上海華龍測試儀器有限公司。

1.4.4掃描電鏡(SEM)

通過臺式掃描電鏡分析樣品的微觀泡孔結構和分布狀況，SU8010型，日立科學儀器有限公司。

1.4.5表面張力

通過全自動表/界面張力儀測試樣品的表面張力，Delta-8型，芬蘭Kibron公司。

1.4.6黏度

通過旋轉(zhuǎn)流變儀測試樣品的黏度，MCR302e型，安東帕(上海)商貿(mào)有限公司。

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）