硬质聚氨酯泡沫塑料/层状硅酸盐复合材料的制备与性能研究

论文摘要

聚氨酯泡沫塑料是一类应用广泛的高分子塑料,它具有优良的力学性能、隔热保温性能。但是作为结构材料,在使用过程中仍不能达到某些场合的使用强度。目前对聚氨酯泡沫增强进行研究是热点之一。一些层状硅酸盐如蒙脱土和累托石具有天然的纳米结构,蒙脱土是由铝氧八面体和硅氧四面体连接而成的层状结构。累托石是由二八面体云母和二八面体蒙皂石组成的层状粘土矿物。蒙脱土和累托石层间有可交换的阳离子,作为增强材料能显著地改善材料的力学性能。本文通过以异氰酸酯和聚醚多元醇为原料,采用一步法发泡制备聚氨酯泡沫塑料,并用蒙脱土和累托石对聚氨酯泡沫进行改性,通过加入不同类型,不同含量的蒙脱土和累托石得到增强的泡沫体,得到的主要结果如下:(1)采用含有烷基季铵盐插层剂改性的蒙脱土、含有羟基插层剂改性的蒙脱土和含有氨基插层剂改性的蒙脱土分别增强聚氨酯泡沫塑料,通过XRD表征了它们的结构,结果显示,烷基季铵盐改性的蒙脱土在聚氨酯中以插层的形式存在,而含有活性羟基和氨基的蒙脱土在聚氨酯中以剥离的形式存在。SEM结果表明,蒙脱土的加入使聚氨酯泡孔变小并且更均匀。剥离的蒙脱土/复合材料的效果更好。力学测试表明,在加入蒙脱土的含量为聚醚多元醇的2%时,复合材料的力学性能达到最佳值。剥离的蒙脱土/聚氨酯复合材料的力学性能要优于插层型的蒙脱土/聚氨酯复合材料。而且复合材料的热稳定性随着蒙脱土含量的增加而变好。(2)选用两种季铵盐为累托石的有机改性剂,通过阳离子交换反应制备有机累托石,通过原位聚合的方法制备了复合材料。采用XRD表征了复合材料的结构,XRD分析表明,季铵盐改性的累托石在聚氨酯中呈现剥离的状态。力学分析表明,季铵盐改性的累托石/聚氨酯复合材料的力学性能大大优于纯聚氨酯泡沫。TG分析表明,有机累托石的加入改善了复合材料的热稳定性,其中剥离型的季铵盐改性累托石/聚氨酯复合材料的力学性能要比插层型的季铵盐蒙脱土/聚氨酯复合材料强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 聚氨酯泡沫塑料的介绍
• 1.1.1 聚氨酯泡沫塑料的分类
• 1.1.2 硬质聚氨酯泡沫塑料的结构、特点及应用
• 1.1.3 聚氨酯泡沫塑料的化学反应
• 1.1.4 聚氨酯泡沫塑料的发泡方法及工艺
• 1.1.5 聚氨酯发泡的原材料
• 1.2 聚氨酯泡沫塑料的增强
• 1.2.1 蒙脱土的介绍及蒙脱土增强聚氨酯
• 1.2.2 累托石的介绍及累托石增强聚氨酯
• 1.3 硬质聚氨酯泡沫/层状硅酸盐复合材料研究中存在的问题
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 硬质聚氨酯泡沫的制备及蒙脱土的改性
• 2.1 硬质聚氨酯泡沫的制备
• 2.1.1 实验原材料
• 2.1.2 主要实验设备
• 2.1.3 分析与表征
• 2.1.4 硬质聚氨酯泡沫塑料的制备方法
• 2.1.5 最佳配方的确定
• 2.1.6 红外分析
• 2.1.7 硬质聚氨酯泡沫的泡孔结构
• 2.1.8 聚氨酯泡沫塑料的力学性能
• 2.2 蒙脱土的改性
• 2.2.1 蒙脱土的改性
• 2.2.2 原始蒙脱土与改性的蒙脱土的XRD分析
• 第三章 蒙脱土增强硬质聚氨酯泡沫塑料
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原材料
• 3.1.2 主要实验设备
• 3.1.3 分析与表征
• 3.1.4 有机蒙脱土增强硬质聚氨酯泡沫塑料的制备
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 有机蒙脱土增强硬质聚氨酯泡沫塑料的力学性能
• 3.2.2 有机蒙脱土增强硬质聚氨酯泡沫塑料的XRD分析
• 3.2.3 蒙脱土改性的聚氨酯的透射电镜
• 3.2.4 聚氨酯复合材料的红外分析
• 3.2.5 聚氨酯复合材料的泡孔结构
• 3.2.6 聚氨酯复合材料的动态力学性能分析
• 3.2.7 聚氨酯复合材料的TG分析
• 3.3 小结
• 第四章 累托石增强硬质聚氨酯泡沫塑料
• 4.1 实验原材料与设备
• 4.1.1 原材料
• 4.1.2 主要实验设备
• 4.1.3 累托石的有机化处理
• 4.1.4 累托石增强聚氨酯复合材料的制备
• 4.1.5 分析与表征
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 有机化改性的累托石的XRD
• 4.2.2 有机化累托石增强聚氨酯复合材料的XRD
• 4.2.3 有机化累托石增强聚氨酯复合材料的TEM
• 4.2.4 有机化累托石增强聚氨酯复合材料的FTIR
• 4.2.5 有机化累托石增强聚氨酯复合材料的力学性能
• 4.2.6 有机化累托石增强聚氨酯复合材料的泡孔结构
• 4.2.7 有机化累托石增强聚氨酯复合材料的TG分析
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢