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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的研究

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

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，LeicaCambridge公司；红外光谱仪，?Nicolet-5700型，

美国尼高力仪器公司；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/T8813-88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/T11548-89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20K