【摘 要】
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聚氨酯泡沫作为聚氨酯产品中用途最广的产品之一,具有众多优良性能,在生产生活中各个方面起着不可或缺的作用。其中聚氨酯硬质泡沫（RPUF）因其具有比强度高、保温绝热性能优良、力学强度良好以及耐化学腐蚀性优良等特点,广泛应用于建筑节能、汽车内饰、保温材料甚至航空航天等领域。但是在RPUF发泡过程中,聚醚多元醇种类及各组分用量对其性能有较大影响,且RPUF具有极易燃（极限氧指数为18.3%）的缺陷,使其在
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聚氨酯泡沫作为聚氨酯产品中用途最广的产品之一,具有众多优良性能,在生产生活中各个方面起着不可或缺的作用。其中聚氨酯硬质泡沫（RPUF）因其具有比强度高、保温绝热性能优良、力学强度良好以及耐化学腐蚀性优良等特点,广泛应用于建筑节能、汽车内饰、保温材料甚至航空航天等领域。但是在RPUF发泡过程中,聚醚多元醇种类及各组分用量对其性能有较大影响,且RPUF具有极易燃（极限氧指数为18.3%）的缺陷,使其在建筑等行业的应用受到一定的局限。聚醚多元醇是RPUF发泡过程中的重要原材料之一,通常是以多元醇、多元胺或其他活泼氢的化合物为起始剂,与氧化烯烃在碱性催化剂作用下开环聚合而成。聚醚多元醇的种类、羟值和粘度对所制备的聚氨酯硬质泡沫的性能有较大影响,一般情况下,低羟值聚醚多元醇用于软泡发泡,高羟值聚醚多元醇用于硬泡发泡。可通过以具有不同官能度的起始剂为原材料,以调整所制备的聚醚多元醇的羟值与粘度,用于制备出性能各异,可用于不同场合的聚氨酯硬质泡沫。为了探究聚醚多元醇种类以及各组分用量对RPUF力学等性能的影响,本论文选用木糖醇为起始剂,通过一步法制得具有适当粘度和羟值的木糖醇聚醚多元醇,再对制备的木糖醇聚醚多元醇进行精制处理,通过改变木糖醇和环氧丙烷用量,制备出羟值为450±20 mg KOH/g,粘度为6500±500 m Pa·s的木糖醇聚醚多元醇。再利用自制木糖醇聚醚多元醇和多亚甲基多苯基多异氰酸酯（PAPI）为原料,以水为发泡剂,通过全水发泡法制备RPUF。系统探究了发泡配方中各组分用量对RPUF性能的影响,并设计正交试验表调节原料和助剂的用量,优化发泡配方,最终确定RPUF发泡配方,所制备的RPUF断裂应力达到0.86 MPa,屈服应力达到2.02 MPa,并通过热重分析研究RPUF的热稳定性能,其5%失重温度为231℃左右。为了在所制备的RPUF基础上进一步改善其力学性能和阻燃性能,利用改性纳米Si O2填充改性RPUF,再添加植酸共同改性RPUF,改善其力学性能和阻燃性能。通过Stober法制得大小较为均匀,且直径在500 nm左右的纳米Si O2,为了改善纳米Si O2在基体中的相容性,利用硅烷偶联剂KH550对其进行表面改性。探究了单一改性、复合改性以及不同改性纳米Si O2以及植酸添加量对RPUF力学性能、阻燃性能以及热稳定性的影响。结果表明,改性纳米Si O2用量在6%时对RPUF力学性能提升最大,但是其本身不具有阻燃性;植酸用量为20%时,RPUF的力学性能得到提高,与改性纳米Si O2共同作用时,明显提升RPUF的力学性能、热稳定性以及阻燃性能,通过热重分析仪发现RPUF的初始分解温度提高21℃,残余量提升8%以上,通过极限氧指数仪测试其极限氧指数,由18.3%提升至26.5%,利用锥形量热仪测试改性RPUF的阻燃性能,其热释放速率峰值从834.48k W/m~2降低到336.28 k W/m~2、热释放量从58.52 MJ/m~2降低到25.25 MJ/m~2以及烟释放量从6.53 m~2降低到2.53 m~2。并且通过观察燃烧后的残碳形貌,发现形成致密碳层,表明改性纳米Si O2与植酸共同改性RPUF,对其阻燃性能有显著提升。
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