微晶纤维素填充硬质聚氨酯泡沫塑料力学及生物降解性能研究.docVIP

微晶纤维素填充硬质聚氨酯泡沫塑料力学及生物降解性能研究 　　摘 要：利用模塑成型方法，在聚氨酯泡沫塑料中加入了易于生物降解的填料微晶纤维素，制备了不同填充量的外观和力学性能较好的硬质聚氨酯泡沫塑料，并研究了填料用量对聚氨酯泡沫塑料力学性能的影响。研究表明填料的加入使泡沫压缩性能有一定提高而冲击性能大幅度下降；土壤掩埋实验表明，填料含量越大，降解时间越长，样品的降解性越好，最大填充量试样降解120天后失重率可达10.8wt%。 　　关键词：聚氨酯泡沫；生物降解；填充；土壤掩埋；微晶纤维素 　　中图分类号：TQ328.3 文献标识码:A 　　 　　硬质聚氨酯泡沫塑料（RPUF）绝热效果好，比强度大，电学性能及隔音效果优越，而且通过调整配方，可以制成不同规格的制品以满足不同要求，作为一种绝热保温与结构材料，已经广泛地应用于建筑、冷藏、航空航天等领域[1]。然而其使用后的废弃物因在自然条件下难以降解，给人类赖以生存的环境造成了不可忽视的负面影响。因此研究和开发可生物降解型聚氨酯材料迫在眉睫。将一些易于生物降解材料填充到聚氨酯中，是研发生物降解型聚氨酯材料的一个重要方向[2-6]。 　　 纤维素是地球上储藏量最大的天然高分子，作为可再生的天然材料是生物降解材料的良好原料[7-9]。本文采用聚醚多元醇和多异氰酸酯为主要原料，在聚氨酯发泡过程中加入微晶纤维素，制备了填充型可生物降解硬质聚氨酯泡沫塑料（RPUF）并研究了其力学和降解性能。 　　 　　1 实验部分 　　1.1 原材料 　　 聚醚N303，天津石化三厂； [0]多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI），烟台万华聚氨酯股份有限公司；硅油AK8807、三乙醇胺，分析纯，成都化学试剂厂；微晶纤维素（MCC），西安北方惠安精细化工有限公司公司生产；微晶纤维素使用前经真空烘箱干燥至恒重，存储于干燥器中备用；水为蒸馏水。 　　1.2 仪器与设备 　　 电热鼓风恒温干燥箱，DB210SC型，成都天字试验设备有限责任公司；增力电动搅拌器，JJ-1型，江苏金坛市医疗仪器厂；模塑成型模具，自制；扫描电子显微镜，S440型，Leica Cambridge公司；红外光谱仪，?Nicolet-5700型，美国尼高???仪器公司；热重分析仪，TGA-SDTA851型，德国耐驰公司；电子万能材料试验机，AG-1OTA型，日本岛津公司；简支梁冲击实验机，XJJ-5型，承德材料实验机厂。 　　1.3 微晶纤维素填充可生物降解RPUF的制备 　　 首先将一定比例的聚醚多元醇N303、三乙醇胺、硅油AK8807、水和微晶纤维素配制成一组分，并搅拌均匀记作A组分；多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）作为B组分。上述两组分的温度调节到22℃左右，然后将B组分倒入A组分中经高速搅拌均匀后浇注入预热到45℃左右的模具内发泡成型。经熟化处理脱模后得到材料样品，然后按要求加工成所需试件，进行相关的性能测试。 　　1.4 力学性能测试 　　 压缩性能：参照GB/ T 8813-88进行,试件尺寸为Φ50mm ×50mm ,测试时的横梁速度为5.00mm/min，温度25℃，湿度65%RH； 　　 冲击性能：参照GB/ T 11548-89塑料冲击实验方法进行, 试件尺寸为10mm ×15mm ×120mm，摆锤能量1J，温度25℃，湿度65%RH。 　　1.5 降解性能测试 　　 所制备样品的降解性能表征采用户外土埋法降解实验法进行：将样品按一定间隔埋入普通园艺土壤下约10cm处，让其在自然条件下降解。每隔一段时间，从土壤中取出一些硬质聚氨酯泡沫样品，用去离子水小心清洗，然后在50℃电热鼓风干燥箱中放置24h，进行干燥。最后再在常温常湿的条件下至少平衡24h，做如下表征： 　　 (1) 失重率：失重(%)=[(W0-WS)/ W0]×100计算，式中：W0-泡沫体原始质量；WS-降解后泡沫体质量。 　　 (2) 红外分析：降解产物的红外光谱用KBr压片法测试。 　　 (3) 热重分析：降解产物的热重分析在氮气氛下测试，升温速度10℃/min，温度范围：常温-700℃。 　　 (4) 扫描电子显微镜：取降解产物试样脆断，对断面进行喷金处理后用扫描电子显微镜测断面形态，加速电压为20KV。 　　 　　2 结果与讨论 　　2.1 填料在RPUF中的最大填充量 　　 制备出的硬质聚氨酯泡沫塑料的密度为0.1g/cm3左右，当微晶纤维素的添加量在80份(23.3wt%)以下时，发泡充分，样品表面平整，未出现收缩现象。进一步提高填充量，由于表面填料较多, 使泡沫无法支持, 出现塌泡现象，样品出现明显的收缩，因此最大填充量约为23.3wt%。 　　2.2 微晶纤维素填充可生物降解RPUF的力