２０１７年第３２卷第３期 ２０１７．Ｖｏ１．３２ Ｎｏ．３ 聚氨酯工业 ＰＯＬＹＵＲＥＴＨＡＮＥ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ・１９・ 微胶囊相变材料在高回弹聚氨酯泡沫中的应用研究 赵修文张涛李博张利国张莉赵卫鸣 （黎明化工研究设计院有限责任公司 河南洛阳４７１０００） 摘要：在聚氨酯高回弹泡沫配方体系中加入微胶囊相变材料（ＭＰＣＭ），研究了ＭＰＣＭ对组合料 黏度、泡沫物性、储热效果的影响，并分析了ＭＰＣＭ在泡沫中的分散性。结果表明，随着ＭＰＣＭ用 量增加，组合料黏度增加，泡沫的物性略有下降，泡沫的储热量增加。ＭＰＣＭ的合适添加量为２Ｏ 份，该用量下，泡沫的相变热可达１８．３ Ｊ／ｇ，且ＭＰＣＭ在泡沫中的分散性较好。 关键词：微胶囊相变材料；聚氨酯；高回弹泡沫；储热 中图分类号：ＴＱ ３２８．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５－１９０２（２０１７）０３—００１９—０３ 材，相变温度为２７℃，相变热为１７６ Ｊ／ｇ），工业级， 相变材料（ＰＣＭ）在其相变化过程中可以吸收、 放出热量，从而实现能量的储存和温度的调节。以 固一液相变为例，在加热到熔化温度时，发生从固态 到液态的相变，熔化过程中，相变材料吸收并储存大 量的潜热；当相变材料冷却时，储存的热量在一定的 温度范围内又散发到环境中去，进行从液态到固态 的逆相变。在这两种相变过程中，所储存或释放的 能量称为相变潜热。相变材料的物理状态发生变化 黎明化工研究设计院有限责任公司；交联剂ＤＥＯＡ， 工业级，美国空气化工产品有限公司；匀泡剂Ｙ． １０３６６，工业级，迈图高新材料集团。 １．２高回弹泡沫的制备 采用模塑法制备高回弹聚氨酯泡沫。将组合聚 醚与一定量的ＭＰＣＭ进行预混，制得Ａ组分；将改 性ＭＤＩ作为Ｂ组分。Ａ、Ｂ两个组分温度控制在（２５ ±２）ｃ【＝，按一定比例快速搅拌混合后，倒人５０～６０ ℃模具中进行模塑发泡，５ ｍｉｎ后脱模，制得的泡沫 放置７２ ｈ后进行物理性能的测试。 １．３分析测试及表征 时，其自身的温度在相变完成前几乎维持不变，但在 这个过程中吸收或释放的潜热却相当大。相变材料 的这一特征可被用于能量储存或调温控温，因此在 许多领域具有应用价值。 国内外有很多关于相变材料在汽车内外饰¨ 、家 黏度采用美国Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ公司的ＤＶ２Ｔ型黏度 居用品ｌ２ 、建筑节能 、电子信息 Ｊ、纤维纺织 Ｊ、军 事＿６ 等领域的应用研究，在这些研究报道中，相变材 料起到了很好的调温、控温、改善产品舒适性等作用。 冷固化高回弹聚氨酯软质泡沫是一种性能优良 计、参照ＧＢ／Ｔ １２００９．３—２００９的方法测试；拉伸强 度、断裂伸长率和撕裂强度采用美国Ｉｎｓｔｒｏｎ公司的 ５９５６型万能材料试验机测试，其中拉伸性能参照 ＧＢ／Ｔ ６３４４－－２００８的方法测试，撕裂强度参照ＧＢ／Ｔ １０８０８－－２００６的方法测试；压陷硬度采用江苏省化 工研究所的ＹＸ．１型压陷仪、参照ＧＢ／Ｔ １Ｏ８０７— ２００６的方法测试；球回弹采用江苏省化工研究所的 的垫材，具有密度小、回弹性和耐久性好等诸多优 点 ，被广泛应用于轿车、客车、飞机等交通运输工 具的坐垫、靠垫、头枕、吸音减震垫等。本研究在高回 弹聚氨酯泡沫中加入一种微胶囊相变材料（ＭＰＣＭ）， 并就相变材料对组合料黏度、泡沫物性、储热效果的 影响以及相变材料在泡沫中的分散性进行研究。 １实验部分 １．１主要原料 Ｈ ｒＹ—Ｂ型回弹仪、参照ＧＢ／Ｔ ６６７０－－２００８的方法测 试；压缩永久变形参照ＧＢ／Ｔ ６６６９—２００８的方法 测试。 热性能采用美国ＴＡ仪器公司的Ｑ２０００型差示 扫描量热仪测试，温度范围－２０～１２０℃，升温或降 温速率为１０℃／ｍｉｎ，Ｎ 保护。 微观形貌采用美国ＦＥＩ公司的Ｑｕａｎｔ ２５０型扫 描电子显微镜进行表征。 高回弹聚氨酯泡沫组合聚醚、改性ＭＤＩ、微胶囊 相变材料（ＭＰＣＭ，有机石蜡为芯材，密胺树脂为壁 ・２０・ 聚氨酯工业 第３２卷 ２结果与讨论 ２．１ ＭＰＣＭ用量对Ａ组分黏度的影响 考察了ＭＰＣＭ用量（相对１００份聚醚多元醇而 言）对Ａ组分黏度的影响，结果见图１。 越 枢 图１ ＭＰＣＭ用量对Ａ组分黏度的影响 由图１可知，ＭＰＣＭ对Ａ组分黏度影响明显， ＭＰＣＭ用量从０份增加到３０份，Ａ组分黏度由１０００ ｍＰａ・ｓ增大到６６００ ｍＰａ・Ｓ左右。物料黏度过高对生 产有不利影响。因此，ＭＰＣＭ用量以不超过２０份为 宜，在这个用量范围，Ａ组分黏度可控制在３０００ ｍＰａ・Ｓ以下。 ２．２ ＭＰＣＭ用量对泡沫工艺和物性的影响 在聚氨酯发泡体系中，ＭＰＣＭ具有开孔作用，在 一定程度上造成泡孔粗大，甚至塌泡，因此，添加 ＭＰＣＭ后通过适当补加匀泡剂和交联剂进行调节， 以保证泡沫的工艺性能，同时ＭＰＣＭ的添加也会影 响到泡沫的物理性能，ＭＰＣＭ对泡沫工艺和物性的 影响见表１。 表１ ＭＰＣＭ用量对泡沫工艺和物性的影响 由表１可知，ＭＰＣＭ添加量越多，需要补加的匀 泡剂Ｙ一１０３６６和交联剂ＤＥＯＡ也越多，当ＭＰＣＭ添 加量为２０份时，需补加０．１份Ｙ．１０３６６和０．１份 ＤＥＯＡ（均相对１００份聚醚多元醇而言），否则泡沫 严重塌泡。随着ＭＰＣＭ用量的增加，泡沫的回弹 性、压缩永久变形、拉伸强度、伸长率、撕裂强度等物 性指标略有下降，但下降并不明显，ＭＰＣＭ的添加量 为２０份时，泡沫物性仍是可接受的。此外，随着 ＭＰＣＭ用量的增加，泡沫硬度增加，这主要是因为 ＭＰＣＭ在泡沫中有类似于填料的作用。 ２．３ ＭＰＣＭ用量对泡沫储热效果的影响 图２是不同ＭＰＣＭ用量下泡沫的ＤＳＣ曲线。 ４ １４ ２４ ３４ ４４ ５４ 温度／℃ ａ～Ｏ份．ｂ一５份；ｃ一１Ｏ份；ｄ一１５份；ｅ～２Ｏ份 图２不同ＭＰＣＭ用量下泡沫的ＤＳＣ曲线 由图２可知，添加ＭＰＣＭ的泡沫在升温过程中 均在２７℃附近出现吸热峰，且随着ＭＰＣＭ用量的 增加，吸热峰变强，而未添加ＭＰＣＭ的泡沫无吸热 现象。ＭＰＣＭ添加量分别为０份、５份、１０份、１５份 和２０份的泡沫，实际相变热分别为０、４．４、９．６、 １３．６和１８．３ Ｊ／ｇ，经计算理论相变热分别为０、５．２、 １０．１、１４．７和１９．１ Ｊ／ｇ。从储热效果方面考虑， ＭＰＣＭ用量越多越好，但综合考虑物料黏度、泡沫物 性指标等因素，ＭＰＣＭ的适宜添加量为２０份，该用 量下，泡沫的相变热为１８．３ Ｊ／ｇ。 ２．４试样的扫描电镜分析 图３为试样的扫描电镜分析结果，其中图３（ａ） 放大倍率２００００倍，图３（ｂ）和（ｃ）放大倍率２００倍， 图３（ｄ）放大倍率３０００倍。 由图３可知，ＭＰＣＭ的粒径为微米级的球形颗 粒，颗粒之间有团聚现象。图３（ｂ）和（ｃ）分别是未 添加和添加２０份ＭＰＣＭ泡沫的微观形貌，图３（ｃ） 中可以观察到ＭＰＣＭ的存在，同时，可以看出添加 ＭＰＣＭ获得的泡沫泡孔更加细腻。对图３（０）中含 ＭＰＣＭ的部分进一步放大得到图３（ｄ），可以看出部 分微胶囊未完全分散，仍成团聚状，这说明在机械搅 拌混合过程中未足以使其分散，但就此而论，ＭＰＣＭ 在泡沫骨架中的分散仍是微米级别。此外，由图３ 第３｛ｔｊｊ 趑修丈，等・做胶睫卡ｌｌ变材料作高回弹聚氩酯泡沫中的膻川研究 １ ８．３ Ｊ／ｇ。 ・２１・ （２）ＭＰＣＭ具有团聚现象，在物料机械混合过 程巾术完全分散开，但在泡沫骨架中仍是微米级，分 散性较好 参考文献 ＰＡＬＩＳＥ Ｂ Ｈ ｒｈ １ｅａｌｒ ｃｏｌｌｔｒｏｌ ｏｌ Ｌｔｌｉｔｏｍｏｔｉｖｅ ｉｎｔｅｉ’ｉｏｒｓ ｗｉｔｈ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌ：ＵＳ，２００４０１５４７８４［Ｉ’ ２００４～０８—１２． ＢＯＬｌ ＩＯＮ Ａ ｒｕｎｔ ｔｉｏｎａｔｉｚｅｄ ｌａｔｅｘ ｂａｓｅ（ｔ ｆｏａｍ：ＵＳ．２０１３０２２４４５８ 【Ｐ‘．２０１３－０８—２９． ａ）Ｍ１ 【：Ｍ：（Ｉ１）未添『Ｊ【＿Ｍｔ＇ＣＭ制箭的泡沫 （ｔ一）、（ｒＩ）添加２０份ＭＰＣＭ制衙的泡沫 林坤平，张寅平．ｔｌＡ ＪＪｌｌ热相变材料觜热地板采暖的热性能模拟 Ｊ］．穴『ｊＩ＿ｉ能学报，２００３，２４（５）：６３３—６３７． ＮＥＵＳＣＩｔＵＥＴＺ Ｍ．１ｌｓｅ ｏｆ ｐａｒａｆｌｉｎ一¨ｉｎｌａｉｎｉｎｇ ｐｏｗｄｅｒｓ ＩｔＳ ｐｈａｓｅ一 【－ｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｐｏｌｙｎｉｅｉ（＇ｏｍｐｏｓｉｌｅｓ ｉｎ ｃｏｏｌｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ：ＵＳ． 图３材料的微观形貌 （ｔ１）一ｒ以看Ｈ｛，ＭＰＣＭ经机械搅拌后，包缀层未破 损，完骼性较好 ［ｒ一；Ｌ．１一２００５０１０４０２９［ｔ’］．２００５—０５—１９ 华明浩相变聚氨酯热敏材料微胶粪双向调温叫料的制备方 一¨＿＿ 法：ｒｆ１同，１９６６８４６［Ｐ：．２００７—０５—２３． ３ 结论 ¨ 纠 ＃晓简，张胜虎，凌永顺，等．红外技术ｌ Ｊ 新型热红外防伪技 术，２００２，２４（Ｊ）：４２—４５ ｌ卜 引 （１）随着ＭＰＣＭ用量增加，Ａ组分黏度增加，泡 沫的卜１１弹性、¨ｉ缩永久变形、托伸强度、ｆｆｆＩ Ｋ率、撕裂 Ｋ蛹，秦建兵，钱史浩．高抗湿热Ｅ－＂化的聚氨酯高 弹泡沫的 研制＿Ｊ ．聚氨酯ｈＩ ，２００４，１９（１）：２６—２８． 一强度等物性指标略有下降，储热量增加 综合考虑 组合料黏度、泡沫物性和储热量３个【人ｌ素，ＭＰＣＭ的 通 川量为２０份，该 Ｆ，泡沫的卡ｆＩ变热可达 训冲 ｆＩ１，沈目平，靖旭，等．聚氨酯高川弹泡沫的滞后性能研究 ｌｌＩ 聚氩酯１２）ｌｋ，２０１５，３０（４）：１８—２１ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ＭＰＣＭ ｉｎ Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ Ｆｏａｍ ＺＨＡＯ Ｘｉｕｗｅｎ．ＺＨＡＮＧ ｌ＇ａｏ，ＩＪ Ｂｏ，ＺＨＡＮＧ Ｌｉｇｕｏ，ＺＨＡＮＧ Ｌｉ，ＺＨＡＯ Ｗｅｉｍｉｎｇ （Ｌｉｍｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ“，Ｊｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｌｚ￡。 （ｚｎｇ，Ｈｅｎｎｎ ４７ ｉ ０００，Ｃｈｉｎ。） Ａｂｓｔｒａｃｔ：．ｒｔｉｅ ｎｌｉｅｌ—Ｏｅｌｌ（－ａｐｓｕｌａｔｅｄ ｐｈａｓｅ ｎｍｔｅｒｉａｌ（ＭＰＣＭ）ｗａｓ ａｄｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅ ｐｏｌｙｕｔ’ｅｔｈａｎｅ ｆｏａ— ｎｌｉｌｌｇ ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｉ＇ｈｅ ｅｆｔ＞ｅｔ ｏｆ’Ｍ ＰＣＭ ｏｎ ｔｈｅ ｖｉｓｅｏｓｉｌｙ ｏｔ’ｐｏｌｙｏｌ ｅｏｎｌｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｆｏａｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎ（：ｅｓ，ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．ａｎｔｉ ｔｈｅ ｔｔｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｏｉ’ＭＰＣＭ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏａｍ ｗａｓ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｒｔ． ｌ＇ｈｅ ｒｅｓｕｈｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｐｏｌｙｏｌ ｃ【）Ｉｌ¨１（）ｓｉｔｉ（）ｎ ａｌ１（Ｉ ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｈｅａｔ ｉｎｃｒｅａｓ 【ｌ，ｔｉｍ ｆｏａｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎ（ ｅｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＭＰＣＭ ｄｏｓａｇｅ ｉｎ— ｃｒｅａｓｉｎｇ．Ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ａｄｄｉｌｌｇ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ＭＰＣＭ ＷａＳ ２０ ｐｈｒ ａｌｌｄ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａ１ ｓｔｏｒａｇｅ ｗａｓ １ ８．３ Ｊ／ｇ． ＭＰＣＭ ｐｉ‘ｅｓｅｎｔｅｔｔ ａ ｇｏｏｄ ｄｉｓｐｅｉ’ｓｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ，ｆｏａｔｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｅｌ，ｏｅｎ（、ａ１）ｓｕｌａｉｅｄ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｎｌａｔｅｒｉａ１（ＭＰＣＭ）；ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ；ｈｉｇｈ ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅ ｆｏａｍ； ｔｈｅｔ’ｎｌａｌ ｓｔｏｒａｇｅ 作者简介赵修文 男，１９６６年出生，教授级高级工程师．主要从事聚氨酯软泡研究 ・消息动态・ １０００、ｐ－６５０和Ｐ－２５０是低聚物芳香旅二胺系列 化剂，它们 可以 事温下与预聚体或多元醇混合，操作方便，可室温或 加热 化 、这些同化剂与预聚体往室温浇注 化僻到聚氯 酯弹性休具有较低的收缩率，力学性能优异。Ｐ一１０００等用 丁软池呵提高撕裂强度和同弹率，』－｝｛于硬泡可改箬脆性。 湘园公司推出ＸＹｌｉｎｋ Ｐ系列低聚物二胺固化剂 ”：州Ｉ，ｉｓ湘 特种精细化ｌ 彳】‘限公Ｉ１推…的ＸＹｌｉｎｋ ｔ’一
