[发明专利]生活垃圾焚烧底灰改性聚氨酯-环氧树脂互穿聚合物网络复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种生活垃圾焚烧底灰改性聚氨酯‑环氧树脂互穿聚合物网络复合材料及其制备方法，该复合材料以聚氨酯‑环氧树脂互穿聚合物网络为基体，以二异氰酸酯改性底灰为增强填料，有效改善了复合材料的机械性能和热稳定性；其制备方法包括下述步骤：1)将生活垃圾焚烧底灰经水洗、酸化，制备二异氰酸酯改性底灰；2)制备二异氰酸酯改性底灰的悬浮液；3)将植物油基多元醇和二异氰酸酯混合后进行预聚反应，得到聚氨酯预聚体；4)在聚氨酯预聚体中加入环氧树脂和二异氰酸酯改性底灰的悬浮液，混合后去溶剂，加入固化剂搅拌，脱气泡，固化，得到具备良好的力学性能和热学性能的生活垃圾焚烧底灰改性聚氨酯‑环氧树脂互穿聚合物网络复合材料。

技术领域

本发明涉及一种互穿聚合物网络材料及其制备方法，特别涉及一种生活垃圾焚烧底灰改性聚氨酯-环氧树脂互穿聚合物网络复合材料及其制备方法。

背景技术

城市生活垃圾焚烧处理目前在世界范围内被广泛使用，这是一种十分有效的废物管理方法，因为它不仅能减小垃圾体积和质量，病原体的有效灭活，还能将热能回收发电。然而，同时也能产生大气污染物和灰渣等，其中产生了两种主要的固体废物底灰和飞灰，其中底灰占总量的80％～90％，底灰经过至少两个月的自然风化后，被归类为无危险废物，从而底灰可以直接进行填埋或再利用处理。

焚烧底灰中含有丰富的氧化物和碳酸盐陶瓷混合物，且底灰颗粒尺寸较大、大小不一，具有高孔隙率和高比表面积等特点，上述特点使得焚烧底灰在聚合物复合材料中应用较为困难。对于聚合物基复合材料而言，填料的分散性和界面粘结力是决定聚合物复合材料综合性能的重要因素，由于焚烧底灰的尺寸大和表面反应活性低，使得焚烧底灰在聚合物基体中很难均匀分散、且界面相互作用弱。

聚氨酯是在大分子主链中含有极性氨基甲酸酯重复链段的高分子聚合物，因为具有较好的韧性，化学稳定性好，耐高温、耐腐蚀、加工性能好等优点，聚氨酯被广泛应用于涂料、粘合剂、橡胶等方面。环氧树脂具有优异的物理化学性能，其固化物力学性能好、固化收缩率低、加工性能好等优点，但缺点是固化物较脆、冲击性能差。聚氨酯与环氧树脂合并交联形成性能优异的互穿聚合物网络(Interpenetrating Polymer Networks，IPN)。由于各组分的强制相容性引起的协同效应，它们能结合两者的优点，显示出优异的热稳定性和机械性能。

发明内容

发明目的：针对焚烧灰与环氧基质之间界面结合弱、掺入环氧基复合材料会降低复合材料机械性能的问题，本发明提供一种生活垃圾焚烧底灰改性聚氨酯-环氧树脂互穿聚合物网络复合材料及其制备方法，通过将焚烧底灰表面改性，增加其在聚合物间的界面相容性，改善了复合材料的机械性能和热学性能。

技术方案：本发明所述的一种生活垃圾焚烧底灰改性聚氨酯-环氧树脂互穿聚合物网络复合材料，该复合材料以聚氨酯-环氧树脂互穿聚合物网络为基体，以二异氰酸酯改性底灰为增强体。

上述生活垃圾焚烧底灰改性聚氨酯-环氧树脂互穿聚合物网络复合材料的制备方法包括下述步骤：

1)将生活垃圾焚烧底灰经水洗、酸化后与二异氰酸酯混合，制备二异氰酸酯改性底灰；

2)将二异氰酸酯改性底灰与低沸点溶剂混合，制备二异氰酸酯改性底灰的悬浮液；

3)将植物油基多元醇和二异氰酸酯混合后进行预聚反应，得到聚氨酯预聚体；

4)在聚氨酯预聚体中加入环氧树脂和二异氰酸酯改性底灰的悬浮液，混合后去除溶剂，加入固化剂搅拌，脱气泡，固化，得到生活垃圾焚烧底灰改性聚氨酯-环氧树脂互穿聚合物网络复合材料。