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秦 蓓
(陕西医学高等专科学校药学系 西安710068)
摘 要：在软质聚氨酯泡沫成型过程中加入高吸水性交联聚丙烯酸钠微粒，制得了一种柔软的高 吸水性复合材料。研究了异氰酸酯指数以及交联聚丙烯酸钠的加入时间、粒度及用量等因素对材料性能的影响。研究表明，泡沫制备时异氰酸酯指数以1.0～1.2为宜，交联聚丙烯酸钠用量以每100份聚醚20～30份、粒度200～300目、加入时间15～18s 为宜。制得的吸水软泡材料吸水量达到39倍左右。 关键词：吸水材料；聚氨酯；复合材料；软质泡沫塑料；交联聚丙烯酸盐 吸水性物质与人类生活、生产及工作等的关系十分密切，例如：医药卫生中使用的脱脂棉、海棉、卫生纸、尿布等，这些吸水和吸湿性材料多为天然材料或通过简单方法加工制得的，来源较广，价廉。但大部分材料吸水能力小，只能吸收自身重量几倍的水，且保水能力差，受压时易失水，因此它们的应用范围受到了限制。
随着对吸水材料机理的不断研究，近年来国内外开发出了不少新型超强吸水材料，例如：交联聚丙烯酸
盐、淀粉接枝改性物、纤维素接枝聚丙烯酸盐、变性聚乙烯醇等[1]。它们吸水量为自身的几十倍乃至上千倍，这是以往使用的材料不可比拟的。它们不但吸水能力极强，而且保水性非常好。
聚氨酯软质泡沫是一种无毒、无味、多孔的松软弹性材料[2]，也是一种吸水材料，由于其具有多孔性，吸水和保水量难免受到限制。本工作利用聚氨酯软泡沫的多孔性和松软性，在其成型时混入高吸水性的交联聚丙烯酸盐，得到一种柔软的高吸水复合材料。该复合材料的吸水性、保水性、柔韧性、弹性及强度均较好。1 实验部分1.1 主要原材料
聚醚三元醇PPG 5613，羟值约56mgK OH/g ，工
业级，美国Arco 化学公司;
聚醚N330，金陵石化公司塑料厂;
聚醚N220，金陵石化公司塑料厂；甲苯二异氰酸酯(T DI )，工业级，进口；辛酸亚锡、Dabco 33LV 、N ,N 2二甲基环己胺、水、二氯甲烷、三氯一氟甲烷(CFC 211)、有机硅泡沫稳定剂，均为工业品;
交联聚丙烯酸钠，自制。1.2 实验过程1.2.1 组合聚醚的配制
按比例称取一定量的聚醚多元醇PPG 5613，分别依次加入定量的水、环己胺和辛酸亚锡、硅油，均匀搅拌30min ，再加入CFC 211或二氯甲烷，搅拌15min 后待用。
1.2.2 复合材料的制备[3]
在烧杯中称取定量的PPG 5613和定量的T DI ，迅速将两组分混合，计时搅拌，搅拌十几秒后，加入交联聚丙烯酸钠吸水剂，继续搅拌，待液体物料发白后，迅速将液体倒入预先准备的模具内(100mm ×
100mm ×50mm ，模温40℃
)，使泡沫充满模具，静置30min ，再放到110～120℃烘箱内后熟化l h 。冷却后脱模。1.2.3 测试[4]
本试验从吸水性、保水性、形变性等方面进行研
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聚氨酯工业PO LY URETH ANE I NDUSTRY
2001年第16卷第2期
2001.V ol.16N o.2
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陕西省卫生厅青年科研基金项目
究。
(1)线收缩率
测定泡沫脱模后制品长度的变化，泡沫脱模后体积有较大收缩。线收缩率由下式计算:
S=(L0-L1)×100%/L0
式中 L0、L1分别为模具尺寸及脱模后材料长度。
(2)拉伸强度
依G B6344-1996测试。
(3)吸水性
将100mm×100mm×50mm的块状材料在自来水中浸泡30min后称量其质量，计算吸水倍率A (吸收水的质量与泡沫材料的质量之比)。
A=(m1-m0)/m0
式中 m1、m0分别为吸水后样品的质量(g)及吸水前样品的质量(g)。
(4)保水性
将上述浸过水的样品，放在与水平角7°的玻璃板上静置30min，称量其质量，计算保水性B(吸水材料中被保持的水的质量与泡沫材料原始质量的比率)。
B=(m2-m0)/m0式中 m2为泡沫材料吸水后在玻璃板上静置30 min后的质量(g)。
(5)吸水膨胀率
测定上述尺寸的样品吸水前后的长度变化，计算吸水线膨胀率P。
P=(L3-L2)×100%/L2
式中 L3、L2分别为样品吸水后及吸水前干燥时的长度。
2 结果与讨论
本工作研究的复合型吸水材料以具有多孔性和柔软性的聚氨酯软泡为骨架，以高吸水性交联聚丙烯酸钠树脂为填料。在泡沫反应过程中将聚丙烯酸钠微粒与泡沫物料混合，形成一种既吸水又能保水，既
柔软又富有弹性的多孔材料。
2.1 异氰酸酯指数对材料性能的影响
软质聚氨酯泡沫的原料主要是聚醚多元醇和甲苯二异氰酸酯，实验中在异氰酸酯指数为0.7～1.4的范围内，测试泡沫材料的拉伸强度、脱模后收缩率、浸水后的吸水倍率及保水性，实验结果见表1。
表1 异氰酸酯指数对材料性能的影响
异氰酸酯指数0.70.80.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 拉伸强度/kPa425173949710210198 收缩率/%6155433832322931 吸水倍率43.143.041.940.439.438.236.034.0 保水性42.541.840.740.138.237.435.133.5 注：材料密度40kg/m3，交联聚丙烯酸钠占聚醚多元醇质量的20%。
从表1结果可见，随着异氰酸酯指数的变化，材料性能发生变化。随着异氰酸酯指数增加，材料吸水性、保水性均有下降趋势，强度有所增加；但当异氰酸酯指数大于1.3时，强度又趋于下降。这是因为异氰酸酯用量增加，材料结构中的硬段含量增加，稍具亲水性的软段含量降低，从而吸水、保水性相对变差。当异氰酸酯指数低于1.0时，材料强度低，收缩率也较大，没有实际应用价值。当异氰酸酯指数大于1.0时，理论上聚醚多元醇和水完全参加了反应。实验证明，异氰酸酯指数不宜大于1.2，应控制在1.0～1.2为好。
2.2 催化剂对材料性能的影响
本实验采用胺类和锡类两种催化剂，实验证明，两者复合使用协同作用较好。异氰酸酯基(NC O)同羟基(OH)和水(H2O)作用，胺类和锡类催化剂各有其催化侧重点，因此两者要选择合适比例。此外，凝胶反应的速率要和材料发泡速率匹配。否则，材料内部空洞多，强度较低或者材料发硬、发脆。在本实验中，还需考虑交联聚丙烯酸钠加入的时间，反应速率不能太快，以便能使聚丙烯酸钠链段上的羟基参加反应。经过多次实验，胺类催化剂为0.30～0.45份(以聚醚多元醇为100份计，下同)比较合适，锡类催化剂用量以0.05～0.10份较合适。
2.3 发泡剂的选择
水作为化学发泡剂，也起交联剂的作用。整个化学反应是放热反应，因此可以采用物理发泡剂。本实验选用二氯甲烷、CFC211为物理发泡剂。
本实验中二氯甲烷作为发泡剂效果不理想，材
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第2期 秦蓓・聚氨酯2聚丙烯酸钠复合吸水软泡材料的研制
料硬而无弹性，这和本研究的设想相差较大。经过多次实验，发现CFC211的发泡效果较好，起泡较快，材料泡孔均匀、弹性好、变形小。CFC211加入量以6～10份范围较合适，水加入量以3～3.5份为宜。
2.4 聚丙烯酸钠微粒的加入时间与材料性能关系
交联聚丙烯酸钠是一种超强吸水剂。本实验研究了如何有效地将它与聚氨酯发泡原料混合，使聚丙烯酸钠牢固地镶嵌在聚氨酯网状结构中，以减少材料遇水膨胀后超强吸水剂从材料孔洞中析出。对交联聚丙烯酸钠加入时间(以组合聚醚与多异氰酸酯开始混合起计)与材料吸水性能的关系进行了比较试验，结果见表2。
表2 交联聚丙烯酸钠加入时间对材料吸水性影响
加入时间101316192225283035 吸水倍率37.537.839.339.339.539.839.740.141.2 吸水膨胀率/%111517232832384553
从表2可见，交联聚丙烯酸钠微粒的加入时间对吸水材料的吸水性能有一定的影响。在发泡过程中交联聚丙烯酸钠加入得越早，材料成型后吸水性和吸水膨胀率越小，可能是交联聚丙烯酸钠部分亲水基参加了反应。若交联聚丙烯酸钠加入过迟，发泡液粘度较大，将交联聚丙烯酸钠团团粘附，交联聚丙烯酸钠微粒在材料中只能形成一块块不连续的团粒，而异氰酸酯基含量已经较小，因而参加反应的交联聚丙烯酸钠很少，制得的吸水材料遇水膨胀大，且易从材料中脱出。因此，交联聚丙烯酸钠的加入时间很重要。一般希望吸水倍率尽可能高，但吸水膨胀率尽可能低。综合考虑，本实验认为，聚丙烯酸钠在组合聚醚与异氰酸酯反应进行15～18s时加入较合适。
2.5 交联聚丙烯酸钠的粒度与材料性能的关系
交联聚丙烯酸钠颗粒的粒度大小对制得的吸水材料的吸水性能有影响。研究了不同粒度的交联聚丙烯酸钠对材料吸水性能的影响，实验结果见表3。实验中交联聚丙烯酸钠用量为20份(相对于100份聚醚)，制得的吸水泡沫材料密度为40kg/m3左右。
表3 交联聚丙烯酸钠的粒度对材料性能的影响粒度/目60100150200300500
吸水倍率41.340.739.839.438.937.5
吸水膨胀率/%32.031.322.015.315.123.0
从表3实验结果看，交联聚丙烯酸钠吸水树脂的粒度要适当。粒径过细或过粗，吸水膨胀率都会增加。可能原因是：粒度过小，单位质量的表面积大，也容易吸水溶胀；粒度过大，则不易进入反应体系。交联聚丙烯酸钠的粒度以200～300目为宜。2.6 交联聚丙烯酸钠的用量对材料性能的影响
从理论上讲，交联聚丙烯酸钠加得越多，吸水性越好，但如固体颗粒加入量大，则材料的其它性能受影响，交联聚丙烯酸钠的加入量对吸水泡沫性能的影响见表4。此实验中聚醚为50g，几组配方的操作工艺相同。
表4 交联聚丙烯酸钠用量与材料性能的关系加入量/g81012152025
拉伸强度/kPa97102101938641
吸水倍率37.139.439.940.94958
吸水膨胀率/%13.215.321.033.0>50>50
由表4可见，交联聚丙烯酸钠的用量不应过高。另外当其用量达30g时，泡沫产生分层裂纹。故综合考虑，若聚醚多元醇为100份，则交联聚丙烯酸钠用量以20～30份为宜。
3 结束语
聚氨酯软质泡沫在成型过程中与交联聚丙烯酸盐混合、反应，在原理和工艺上是可行的，制成的复合材料，其吸水性、保水性、弹性及强度均较好。
聚氨酯原料的异氰酸酯指数在1.0～1.2较合适。以聚醚多元醇100份计，胺类催化剂用量0.30～0.45份、锡类催化剂0.05～0.10份为宜。交联聚丙烯酸钠的粒度在200～300目较合适，加入量以20～30份为宜。交联聚丙烯酸钠加入的最佳时机是在组合聚醚与异氰酸酯混合反应15～18s时。
本课题作为基础研究项目，研究的复合型吸水材料，兼有吸水和高柔性特点，它可以制成片材、异型材等。这些特点决定了它在医药卫生方面有很大的应用前景。例如这种复合材料可以用作病人床垫、母乳垫、手术用的各种垫褥、婴儿尿布内衬材料、妇女卫生巾内衬材料等，还可以替代医用敷料用于
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・ 聚氨酯工业 第16卷
烧伤、感染性发炎的。由于其具有亲水性和柔软性，解决了棉纱敷料干燥后对病人带来的痛苦，减低了臭味，可避免褥疮，有利于创面康复。
这种材料还可用于其它方面，例如，园林育苗、移植裹根等。
参 考 文 献1 邹新禧.超强吸水剂.北京：化学工业出版社,1996.9
2 崔会贞.软式聚氨酯箱式发泡工艺，聚氨酯工业,1993,(3):32
3 应向东.填料与聚氨酯软泡密度关系的讨论，聚氨酯工业,1992,
(3):34
4 刘鸿慈，尹宜凤，张香华.吸水聚氨酯泡沫.见：中国聚氨酯工业协会第九次年会论文集.郑州.1998.95
收稿日期 2001-03-01 修回日期 2001-04-16
Preparation of Polyurethane2Sodium Polyacrylate Composite W aterabsorbing Materials
Qin Bei
(Department o f Pharmacy o f Shanxi Medical Advanced School,Xi′an710068) Abstract:By adding a crosslinked s odium polyacrylate microparticle in the m olding of flexible polyurethane foam system,a
s oft com posite material with high water2abs orption was synthesized.The effects of is ocyanate index and the adding time,granularity and the am ount of s odium polyacrylate on the properties of the material were studied.The results show that the is ocyanate index1.0～1.2,and adding polyacrylate microparticle with200～300screen mesh20～30 parts per100parts polyether after15～18s mixing of premixed polyether and polyis ocyanate is appropriate.The water2ab2 s orbing capacity of the material is39times or s o.
K eyw ords:waterabs orbing materials;polyurethane;com posite;flexible foam;crosslinked salt polyacrylate
作者简介 秦蓓 女,1989年获化学专业学士学位，在陕西省医学高等专科学校药学系任教,1994年起任讲师。目前在西北大学在职读研，研究方向是高分子吸水性物质。
・消息动态・
水溶性聚氨酯树脂用于全棉织物免烫整理
印染厂对全棉织物的免烫整理中，常规的脲醛树脂整理剂如2D树脂整理过的织物具有甲醛含量高、降强率高等缺陷。聚氨酯(PU)树脂整理剂可使整理后的织物降强率降低，且不含甲醛。CibaVU是一种微
黄透明阴离子型线型聚氨酯水溶液,VUK(催化剂组分)是白的非离子型有机锡复合乳液,pH值均为5～7。采用该树脂处理可以使织物的弹性和手感有很大提高。但Ciba公司的这种产品价格贵。常州化工研究所和山东大海集团的技术人员探讨了使用聚氨酯树脂与改性2D树脂相结合的二步法工艺，在保证整理效果的同时降低了成本。先浸轧PU树脂、烘干，再浸轧改性2D树脂、焙烘，最后经预缩、柔软处理，即得成品。本工艺的游离甲醛较常规工艺低，变也小，也可以用于成衣免烫加工。
刘益军保护设备受振的聚氨酯耐震粘滞板
日本Buil2C onsultant公司开发了一种称之为“耐地震卫士EC O2A1”的粘滞板。该产品基于粘性聚氨酯橡胶，在使用时撕去保护纸，粘贴在被保护仪器的4个角下，由于其较强的粘滞力及弹性，能吸收来自各个方向的振动，可防止仪器因激烈振动而引起的跌落和损坏。这种粘滞板不仅表面具有粘性，而且截面也具粘性，所以可简单切割和组合，也易于除去。当板被弄脏后，只需简单地洗涤、干燥，又可使用。该粘滞板产品厚5mm，边长4cm，售价1500日元。可用于电脑、打印机、传真机等的保护。
刘其摘译自New T echnology Japan,2000,28(7):18
透气而防水的TPU薄膜
美国S tevens Urethane公司新开发的ST22546热塑性聚氨酯薄膜具有高湿气透过率。该新型TPU薄膜
的湿气透过率达600g/(m2・24h)。厚0.025～0.050mm的ST22546薄膜复合到织物上，可使织物具有一“可呼吸的”胶层，使湿汽逸出；但能防水，阻止水、血液等液体渗过。ST22546薄膜具有优异的低温性能、耐磨性、耐久性、强度、与皮肤接触时的软触感及耐化学品性能。其整体性结构使得这种TPU薄膜尤其适合于接触体液污染的医疗领域，例如伤员服、手术被单及医院床垫套。其它应用领域包括室外服装、防护手套、安全围裙、户外家具及体育设施的护套、婴儿围兜及床单等。
刘益军摘译自Plastics Engineering,2001,57(1):47
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第2期 秦蓓・聚氨酯2聚丙烯酸钠复合吸水软泡材料的研制
