4.1.3硬質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行量化，通過ImageJ軟件對SEM測試結果進行處理分析，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果可以看出，添加國產-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，泡沫泡孔細小均勻。這種微觀結構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)絡結構的交聯(lián)點,通過其與聚氨酯基體的相容性，親水性-OH基團有助于形成更加穩(wěn)定的泡沫結構。

4.2泡沫穩(wěn)定劑性質對壓縮性能的影響

4.2.1表面張力

聚氨酯泡沫具有理想泡孔結構的前提是在發(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)定劑應該具備適宜的表面張力，才能有效提升氣泡穩(wěn)定性進而獲得均勻且細密的泡孔結構。為此對所使用的泡沫穩(wěn)定劑進行了表面張力測試，結果如圖8所示。通過測試結果可以看出，國產-1的表面張力為25.93mN/m，進口-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的表面張力進一步得到降低，為25.31mN/m，這主要是因為PGVF-6和PAVE-5特有的疏水性硅氧烷結構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,這些疏水基團在氣液界面上傾向于排列在氣相一側，從而減少液相中的分子間作用力，導致表面張力的降低。此外分子鏈越長，這可能增強其在界面上的鋪展能力，進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,增強其在界面上的吸附能力,從而進一步降低表面張力。

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)泡過程中的化學反應順利且充分進行，從而獲得均勻、細膩的泡沫結構,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-1、進口-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

黏度是衡量液體內部摩擦力的一種指標，在泡沫形成過程中，硬質聚氨酯泡沫穩(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，增加液膜的機械強度，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)定劑與對應聚醚多元醇混合后的黏度

5結論

通過“烯-硫醇”點擊化學反應制備了兩種新型POSS基雜化泡沫穩(wěn)定劑(PAVE-5、PGVF-6)。傅里葉紅外光譜、核磁波譜等測試結果證實了雜化穩(wěn)定劑的成功制備。添加了PGVF-6型泡沫穩(wěn)定劑制得的硬質聚氨酯泡沫相較于兩種市售產品展現(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理是由于:(1)PGVF-6結構中引入親水性基團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，形成緊密細致的泡孔結構;(2)低表面張力可以提升氣泡穩(wěn)定性進而獲得更加均勻且細密的泡孔，形成更加穩(wěn)定的泡沫結構;(3)POSS基納米雜化泡沫穩(wěn)定劑具有三維有機-無機網(wǎng)絡結構，可以為聚氨酯泡沫提供支撐骨架，有效提升抗壓縮強度。

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）