硬质聚氨酯泡沫塑料的粒子增强与物理回收

摘要

过去的几十年,为提高硬质聚氨酯泡沫塑料的力学性能,各种粒子及纤维增强硬质聚氨酯泡沫塑料被合成及研究。通常,为提高无机粒子与聚氨酯之间的相容性及其在聚氨酯中的分散性,需要先对无机粒子进行表面改性。本文突破传统思维,一步合成表面存在大量羟基基团的无机胶质碳球,并首次将其引入到硬质聚氨酯泡沫体系中,制备了胶质碳球增强硬质聚氨酯泡沫复合材料,并对其泡孔结构、力学、热稳定等性能进行了研究,讨论了其增强机理。
　　硬质聚氨酯泡沫的广泛使用及消耗量的日益增加,导致聚氨酯边角料及废弃物料的大量产生,但随着掩埋场所的减少、掩埋成本的锐增及环保意识的增强,掩埋及焚烧这两种传统的聚氨酯处理方式受到了越来越多的限制。本文采用物理方法把废弃硬质聚氨酯泡沫塑料研磨成粉料,并首次将其添加到酚醛泡沫体系中,合成了硬质聚氨酯泡沫废弃物粉料粒子填充酚醛泡沫及硬质聚氨酯泡沫,并对其泡孔结构、力学、热稳定等性能进行了研究,首次详尽地论述了填充泡沫的力学性能随粉体填充量先增大后减小的机理。
　　实验结果表明,水热条件下制备的胶质碳球的主要成分为无定形碳,其表面存在大量的羟基基团;胶质碳球的引入导致多元醇粘度一定程度的增大;胶质碳球均匀分散在聚氨酯中,且与聚氨酯具有非常好的相容性;与未增强聚氨酯泡沫相比,胶质碳球增强硬质聚氨酯泡沫具有更精细的泡孔结构,力学性能明显提高,且胶质碳球含量为4.6wt％时最大,其压缩强度与压缩模量分别提高了35.5％与15.2％;热稳定性能变化不明显。
　　废弃聚氨酯泡沫塑料被研磨成的粉料,其粒子尺寸为80～150μm,在多元醇和酚醛树脂中溶胀尺寸变大,具有非常好的分散性,却导致多元醇和酚醛树脂粘度急剧增加;与未填充泡沫塑料相比,粉料填充聚氨酯泡沫塑料和填充酚醛泡沫塑料的微观泡孔结构更为精细,但宏观缺陷增加,其力学性能均在粉料添加量5wt％时最优;填充聚氨酯泡沫塑料的热稳定性能变化不大,但填充酚醛泡沫的热降解分为两个阶段,分别对应聚氨酯填料与酚醛泡沫的热降解。