异氰酸酯类气凝胶的制备工艺及性能研究

发布时间：2020-07-22 12:06

【摘要】：异氰酸酯气凝胶因其优越的机械性能、灵活的分子设计性和工程实用性而引发了国外学者的广泛关注和研究,但在我国相关成果几乎空白。本文围绕以商用异氰酸酯N3300A为前驱体,采用溶胶-凝胶法和常压干燥工艺制备的聚氨酯(PU)气凝胶和聚脲(PUA)气凝胶材料展开研究,对其进行结构和性能表征,并针对隔热和隔音性能对其在实际工程应用中的可行性进行了分析。首先以PU气凝胶制备为例,对工艺条件进行了优化实验。通过考察反应温度、催化剂比率和固含量比例、老化时间和置换周期及次数、置换溶剂等因素对气凝胶表观形貌和性能的影响,确定了最佳的合成和干燥工艺条件,具体为:反应温度:恒温25℃;固含量比例:15~25%;催化剂比率:100~200;老化时间:8~12 h;置换溶剂:正己烷/乙醇混合溶剂;置换周期:6 h;置换次数:4~6次。其次在获得最佳工艺条件的基础上,通过调控单体浓度和二元醇种类,制备了不同密度和性能的PU气凝胶和PUA气凝胶,探究固含量比例和二元醇链长对气凝胶结构及性能的影响。结果表明:固含量比例是影响气凝胶密度、体积收缩率、热导率等物理性能的主要因素,且固含量比例的提高可显著提升PUA气凝胶的抗压强度。扫描电镜图分析表明,固含量比例还可以调控气凝胶微观的骨架密度。常压干燥获得的PU气凝胶为大孔及多孔材料,PUA气凝胶保留了大量的介孔结构。三种链状二元醇中,链长最长的TTEG提供更大的系绳自由度,制备的PU气凝胶微观粒子出现最强的粒子合并,宏观上表现出最强的弹性和柔性。最后从材料的实际工程应用考虑,进一步对PU气凝胶和PUA气凝胶的疏水性、热稳定性、隔热性能和隔音性能进行测试分析。结果表明:PUA气凝胶具有更高的疏水性、更低的导热系数和更好的热稳定性,在保温隔热领域有更好的应用前景;PU气凝胶隔音性能更为突出,且更加适用于高频噪音场景。
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ427.26
【图文】：

气凝胶,巴斯夫公司,聚氨酯,热导率

图 1-1 聚氨酯（PU）气凝胶仿生手巴斯夫公司生产的新型 Slentite PU 气凝胶产品，其热导率低)，且具有较好的机械强度和优异的湿度调节[29,30]能力，占用空传统的建筑产品一样，可加工成大型板材，目前相关研究者量产化的制备工艺。Slentite PU 气凝胶板材因其优异的综合性筑保温和室内保温方面具有其他隔热材料无可比拟的优势。等[31]在专利中公开了一种聚氨酯-聚脲结构互穿气凝胶材料及过程为在有机溶剂中，不同种类的多异氰酸酯化合物与某一基化合物在催化剂的作用下发生反应，静置一段时间后得到老化一定时间后，采用超临界方式进行干燥，得到互穿网络备得到的气凝胶为白色块状材料，最大弯曲 180°，按压可回回弹后气凝胶形态不发生改变，且具有一定的拉伸强度；如图图显示该材料具有纤维网状结构，孔隙尺寸一般在 1~150 nm0~100 nm 之间，气凝胶密度小于 0.08 g/cm3，导热系数小于 0.03所述的气凝胶制备过程较为简单，凝胶时间短，产品具有良

微观形貌,气凝胶,聚脲,微观形貌

聚氨酯-聚脲结构互穿气凝胶微观形貌图

气凝胶,建筑构件,板材

图 1-3 PUA 气凝胶板材建筑构件隔音测试i S[42]等随后在 2017 年继续发表了关于 PUA 气凝胶能。采用改进的阻抗管技术对不同密度下合成的轻射量损失测试。为了研究声波在气凝胶中的传播，。首先，将气凝胶用一个概念上的线性单原子随机同的质量通过变化的线性弹簧连接起来。了解声波律，有助于探索气凝胶声衰减的基本机理。其次利论，建立了气凝胶隔声性能的定量框架。通过理论，阐明了体积密度和厚度对气凝胶声传输损耗的影体积密度为 0.25 g/cm3、厚度为 5 mm 时，在 1~4 损耗。另外在一种商用气凝胶和密度相近的聚氨酯验，PUA 气凝胶的隔音量达到 20~40 dB 范围，而其。酯气凝胶应用调研

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