废塑料硬软聚氨酯热解特性的比较分析

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1、·哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景聚氨酯（polyurethane，PU）是一种性能优异的高分子材料，已成为继聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）之后的第五大塑料。它是嵌段聚合物中应用最广泛的材料。然而废弃聚氨酯塑料在自然环境中不容易降解，燃烧后会产生毒气带来巨大的环境问题。但通过热解方式，这些高分子废弃物可以转化成高价值的原材料，也可得到高热值的气液燃料，并且可以降低生成物的污染。为了了解聚氨酯热解特性，分析其热解产物及动力学情况，本文通过热解实验和动力学计算对聚氨酯样品进行分析研究。1.2聚氨酯特性1.

2、2.1聚氨酯结构OttoBayer博士在1937年首次制造研究了聚氨酯材料[1]。聚氨酯是一种主链含有氨基甲酸酯特征单元的高分子材料。氨基甲酸酯含有碳酸氨基酯结构（见图1-1所示）。通过改变结构中的R，用氨氢原子取代可得到不同的氨基甲酸酯。聚氨酯可能含有重复的氨基甲酸酯（类），也可能含有其他成分，如：碳酰二胺、酯类、醚和芳香族类。添加这些功能团可以减少氨基甲酸酯含量，改善聚合物性能[1]。OROCNH2图1-1氨基甲酸酯（类）结构Fig.1-1MolecularstructureofUrethanes通常，聚氨酯是通过异氰酸酯与多元醇反应制成的[2]。反应使氢

3、氧根中-1-···哈尔滨工业大学工学硕士学位论文的氢原子转移到异氰酸酯的氮原子上。聚氨酯的优越特性也来自于其分子链不仅含有碳原子还含有氧、氮等其他杂原子[1]。常见的聚氨酯分子结构是线性的，如图1-2所示。HHHOCNCNCO+HOCCOHOHHOHHHHCNHCHNCHOCHCHOn图1-2聚氨酯分子结构Fig.1-2Theusualformulaofpolyurethane1.1化学性质聚氨酯抗多种酸碱和有机溶剂腐蚀，因此在恶劣环境中常被用作橡胶制品的替代品。1.2物理性质聚氨酯的力学性能具有很大的可调性。通过控制结晶的硬段和不结晶的软段之间的比例，聚氨酯

4、可以获得不同的力学性能。因此其制品具有耐磨、耐温、密封、隔音、加工性能好、可降解等优异性能。1.2.1应用由于聚氨酯主要原料的多样性、辅助原料及加工方法不同，聚氨酯制品被广泛应用在航空、汽车制造、军事、医药、结构材料、建筑等领域[3]，替代了许多传统聚合物塑料制品。由于含氯橡胶中含有有害可挥发有机成分，美国政府逐步取消了含氯橡胶在军事、航天、制衣方面的应用，转用聚氨酯材料。由于聚氨酯泡沫低密度更富柔韧性的优点，汽车制造商在生产汽车座椅时取代了原来的乳胶橡胶。由于它耐磨、抗气候性，也深受制衣商的青睐[1]。在日常生活中，它也成为天然橡胶的替代品，例如鞋底、避孕套

5、等。-2-···哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1.1分类聚氨酯制品分为泡沫制品和非泡沫制品两大类。泡沫制品有软质泡沫、半硬质泡沫、硬质泡沫。非泡沫制品包括涂料、胶粘剂、合成革、弹性体、和弹性纤维（氨纶）等[4]。软质聚氨酯泡沫塑料，简称聚氨酯软泡，是具有一定弹性柔软性的聚氨酯泡沫塑料，它是聚氨酯制品中用量最大的一种产品。聚氨酯软泡多为开孔结构，具有密度低、弹性回复好、吸音、透气、保温等性能，主要用作家具垫材、床垫、交通工具座椅坐垫等垫材，工业和民用上也把软泡用作过滤材料、隔音材料、防震材料、装饰材料、包装材料及隔热材料等。按软硬程度，即耐负荷性能的不同，聚氨酯

6、软泡可以分为普通软泡、超柔软泡、高承载软泡、高回弹软泡等，其中高回弹软泡、高承载软泡一般用于制造座垫、床垫。按生产工艺的不同，聚氨酯软泡又可分为块状软泡和模塑软泡，块状软泡是通过连续法工艺生产出大体积泡沫再切割成所需形状的泡沫制品，模塑软泡是通过间隙法工艺直接将原料混合后注入模具发泡成所需形状的泡沫制品[4。，5]半硬质聚氨酯泡沫塑料（也有称半软质泡沫）是一种硬度介于软泡与硬泡之间的开孔性泡沫塑料。它是通过选择功能团乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯-万基丙烯酸酯、聚烯烃等得到的一种具有兼容性的聚合物[10]。聚氨酯半硬泡与软泡和硬泡相比，具有较高的压缩负荷值和较低弹性，

7、表现出极好的能量吸收、缓冲减震特性，主要用于汽车等交通工具的缓冲抗震材料、包装材料、鞋底材料、车内装饰材料等。目前，随着汽车工业的快速发展，汽车轻量化、安全化、舒适化程度的提高，聚氨酯半硬泡已经成为极其重要的首选材料。根据聚氨酯半硬泡的主要应用特点，半硬泡可分为三类：吸能性泡沫体、自结皮泡沫体、微孔弹性体。吸能性泡沫体。吸能性泡沫体具有优异的减震、缓冲性能，良好的 抗压缩负荷性能及变形复原性能，其最典型的应用是用于制备汽车 保险杠。自结皮泡沫体（IntegralSkinFoam）。聚氨酯整皮泡沫体，又称自 结皮泡沫体。自结皮泡沫体最大的特点是制品具备光滑、无气

8、泡、 密度高的表皮层，其最典型的应用是