聚氨酯是一種新興的有機高分子材料，其卓越性能被廣泛用于各類經(jīng)濟領(lǐng)域，涵蓋智能制造、航空航天、汽車電子、建筑建材、物流交通等。
聚氨酯(PU)發(fā)泡材料由雙組分組成，甲組分為多元醇，乙組分為異氰酸酯。通過加入適當(dāng)?shù)闹鷦?，使得反?yīng)產(chǎn)物中生產(chǎn)大量的泡沫，從而得到聚氨酯泡沫產(chǎn)品。聚氨酯發(fā)泡材料是國內(nèi)發(fā)泡材料占比最大的產(chǎn)品之一。
聚氨酯發(fā)泡材料在制造過程中，分為泡沫體系和CASE體系，泡沫體系分為軟泡和硬泡兩種。軟泡為開孔結(jié)構(gòu)，主要功能是緩沖，常用于沙發(fā)家具、枕頭、坐墊、玩具、服裝和隔音內(nèi)襯。聚氨酯硬泡體是一種具有保溫與防水功能的新型合成材料，其導(dǎo)熱系數(shù)低，僅0.022～0.033W/(m·Κ)，主要應(yīng)用在建筑物外墻保溫，屋面防水保溫一體化、冷庫保溫隔熱、管道保溫材料、建筑板材、冷藏車及冷庫隔熱材等。CASE體系主要應(yīng)用在涂料、彈性體、膠粘劑、密封劑等。
相比于金屬材料、塑料和橡膠等傳統(tǒng)材料，聚氨酯材料具有重量輕、耐腐蝕、加工費用低、耐損耗、噪音低，耐磨、不發(fā)脆、具有彈性記憶，易切割、易撕裂、高承載性、耐臭氧、透明或半透明、耐磨、可灌封或澆注等優(yōu)點。
氣相二氧化硅在聚氨酯發(fā)泡材料中有諸多應(yīng)用，主要體現(xiàn)在增強物理性能，優(yōu)化泡沫結(jié)構(gòu)，提高熱穩(wěn)定性，加強阻燃性能，改善加工性能以及環(huán)保性多多方面，可作為增稠劑、成核劑、補強劑、阻燃劑和保溫隔熱材料使用。
加工改善方面，氣相二氧化硅表面具有大量的硅羥基之間可以形成氫鍵作用而連在一起，形成一個獨特的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，硅羥基也可以與基體(如極性液體或高分子材料等)之間形成氫鍵作用。這樣，在體系中就形成了一個二氧化硅和基體之間的“互穿網(wǎng)絡(luò)”，從而呈現(xiàn)出良好的增稠觸變性，從而能夠改善聚氨酯發(fā)泡材料的加工性能，使其更易于加工和成型。這有助于提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
泡沫結(jié)構(gòu)方面，添加氣相二氧化硅后,聚氨酯泡沫體系內(nèi)泡孔的形貌發(fā)生了顯著地變化，明顯降低了泡沫泡孔的孔徑，泡孔的數(shù)量增加，促進(jìn)了異相成核的進(jìn)行，泡孔形貌得到改善，開孔率提高，平均孔徑增加。
補強方面，在反應(yīng)生成預(yù)聚物時加入氣相二氧化硅，由于粒子表面產(chǎn)生原位聚合，有利于納米粒子團(tuán)聚體分散，分散粒子的誘導(dǎo)結(jié)晶作用和與聚氨酯大分子的化學(xué)鍵合使復(fù)合材料力學(xué)性能大大的提高。
阻燃性方面，氣相二氧化硅熔點可達(dá)到1650 (±75)℃，是一種優(yōu)秀的阻燃材料。由于氣相二氧化硅表面具有硅羥基結(jié)構(gòu),可將氣相二氧化硅與具有阻燃性能的含磷、氮等元素及基團(tuán)的阻燃有機物反應(yīng)制備新型的無鹵、無毒、低煙阻燃劑。磷化物可以消耗泡沫塑料燃燒時分解出的可燃?xì)怏w，使其轉(zhuǎn)化成不易燃燒的炭化物。
保溫隔熱方面，氣相二氧化硅的隔熱原理主要包括兩個方面：多孔結(jié)構(gòu)和納米尺寸效應(yīng)。首先，氣相二氧化硅的多孔結(jié)構(gòu)可以提供更多的“隔熱墻”，減少熱傳導(dǎo)的路徑，從而降低熱傳導(dǎo)的速率。其次，納米尺寸效應(yīng)使得氣相二氧化硅顆粒與傳熱介質(zhì)(如空氣)之間的界面面積增加，從而增加了界面熱阻，減少了熱傳導(dǎo)。
氣相二氧化硅在聚氨酯發(fā)泡材料中的應(yīng)用具有多方面的優(yōu)勢和潛力。通過合理控制氣相二氧化硅的添加量和工藝條件，可以制備出具有優(yōu)異性能的聚氨酯發(fā)泡材料，滿足不同領(lǐng)域的需求。隨著科技的不斷發(fā)展和人們對材料性能要求的不斷提高，氣相二氧化硅在聚氨酯發(fā)泡材料中的應(yīng)用前景將更加廣闊。
