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2024-03-29 / 行业新闻
科学Tang丨J. Am. Chem. Soc.《级联放热用于快速生产室温配方无异氰酸酯聚氨酯杂化泡沫》
这种稳健且廉价的工艺为高生物基含量的绿色泡沫开辟了广阔的前景。该工作以“Cascade Exotherms for Rapidly Producing Hybrid Nonisocyanate Polyurethane Foams from Room Temperature Formulations”为题发表在国际著名期刊《Journal of the American Chemical Society》上。列日大学的Maxime Bourguignon博士为第一作者，列日大学的Bruno Grignard Christophe Detrembleur博士为共同通讯作者。
图1. A）硫醇诱导和水诱导自发泡工艺；B）级联放热自发泡工艺。
【加速发泡策略】
为了确定可能加快发泡速率的主要因素，作者以100 ℃下发泡速率最快的水诱导自发泡条件为标准配方（图2的配方1（F1））进行研究。研究发现，虽然标准配方产生的二氧化碳足以在不到5分钟内使PHU基体膨胀，但固化5分钟后泡沫会部分塌陷，得到高密度非交联材料（451 kg·m-3，凝胶含量（GC）=0 %）。
因此，要在5分钟内得到稳定的泡沫，必须解决聚羟基聚氨酯（PHU）前驱体固有的低反应性，以提高交联速率。他们以三（2 -氨基乙基）胺（TREN）作为固化促进剂。一方面，TREN的三官能性使其能更迅速地到达凝胶点，另一方面，这种多胺具有"氨乙基胺"型结构，可以增强伯胺基团的反应活性。添加了固化促进剂TREN的配方2（F2）在100℃固化5分钟后形成密度为209 kg·m-3的稳定泡沫，GC从F1的0增加到73 %（图2B）。
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图2.A）水诱导快速自发泡配方的试剂结构与组成；B）不同配方合成的泡沫在5分钟和30钟后的密度与凝胶含量；C）不同泡沫的红外光谱图。
将配方3在室温条件下进行反应时，环状碳酸酯（TMPTC）的氨解和水解两个反应协同放热使温度在3分钟达到87 ℃（图3C），然而，这个温度仍然不足以获得PHU泡沫，需要一个额外的"热释放促进剂"通过级联放热来推动发泡，如图3A，C所示。
该过程的初始阶段为环状碳酸酯的氨解和水解反应，这两个反应放热将体系温度提高到启动高放热环氧化物氨解所需的温度，而这些级联放热迅速将温度提高到100 ℃以上，诱导了非常快速的发泡。
【生物基泡沫与回收】
图4. A）用于从RT配方生产PHU杂化泡沫的单体；B）用于制备高生物基含量泡沫的单体；C）不同配方泡沫性能；D）不同泡沫SEM图；E）生物基泡沫热压回收成薄膜；E1）薄膜的拉伸性能；E2）泡沫和再加工后的薄膜的FT-IR光谱。
https://doi.org/10.1021/jacs.3c11637
作者|张锦文
校审|李明罡
编辑|张锦文
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