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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）
來源：功能材料 瀏覽 398 次 發(fā)布時間:2025-09-03
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(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)泡沫穩(wěn)定劑對泡沫壓縮性能的影響。結(jié)果顯示，POSS基復合材料結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)，因此優(yōu)化泡孔結(jié)構(gòu)和選擇合適的泡沫穩(wěn)定劑至關(guān)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)果表明，添加自制POSS基復合材料的泡沫不僅泡孔結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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）