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1、华中科技大学 硕士学位论文 无机纳米材料改性聚氨酯泡沫塑料的制备及性能研究 姓名：张勇 申请学位级别：硕士 专业：有机化学 指导教师：彭红;黄开勋 20090524 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 随着经济社会的发展，粉尘污染和染料污染对环境造成的危害日益严重，因此 开发各种空气过滤材料或染料脱色材料已成为国内外研究的重要课题。软质聚氨酯 泡沫塑料（简称 PU）具有规整的三维网络结构，孔隙多且孔径大小可以调节，不仅 是良好的吸附过滤材料，而且还可以作为其它填充材料的基体。二氧化钛等无机纳 米粒子具有比表面积大，表面
2、带电荷、吸附性能强、光催化降解有机物等特点而在 许多领域中获得了广泛的应用。本文将二氧化钛等无机纳米粒分散到聚氨酯泡沫塑 料基体中，得到纳米粒改性的聚氨酯泡沫塑料（简称 NPU） ，并对它的机械性能、纳 米粒在基体中的分散性能，及对纳米粉尘和染料的吸附性能等进行了研究，具体研 究方法及结果如下： 1. 研究了二氧化钛等三种无机纳米粒改性的 NPU 的制备工艺。采用原位聚合 法分别将不同的纳米粒填充到聚氨酯泡沫塑料基体中，用一步法发泡工艺合成出了 NPU，并用电子万能试验机测定了二氧化钛纳米粒改性的 NPU 的机械性能，测定结 果表明 NPU 的机械性能有了较大的改善。ESEM 测定的结果表明：
3、当纳米粒添加量 达到 5%时，用硬脂酸修饰过的纳米 TiO2粒子比未修饰的纳米 TiO2在基体中的分散 性要好。 2. 利用饱和吸附法研究了 NPU 对纳米粉尘及染料的吸附。研究结果表明：未 修饰纳米 TiO2（2%）改性的 NPU 对纳米粉尘的吸附效果最好，最大吸附量可以达 到 0.071 g /g，是普通 PU 吸附粉尘量的两倍以上。未修饰的纳米 TiO2（1%）改性的 NPU 对酸性品红的吸附量最大，达到了 1.39 mg/g，而普通 PU 对酸性品红的吸附量 只有 0.94 mg/g。 关键词关键词：无机纳米材料；聚氨酯泡沫塑料改性；纳米粉尘去除；染料吸附 华 中 科 技 大 学 硕
4、士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract As the development of economy, dust pollution and dye pollution is becoming more serious in our environment. Design of new air filter materials and decolorization materials is always the research hotpot. Soft polyurethane (PU) is one of good filter mater
5、ials and absorbents materials because of its regular net structure, abundant porosity and changeable pore size. Inorganic nanoparticles such as TiO2 are used in many areas for their larger specific surface area, high Zeta potential, excellent adsorption properties and photocatalytic degradation of o
6、rganic compound. In this paper, nanoparticle-modified polyurethane foam (NPU) was prepared by dispersing of several kinds of inorganic nanoparticles into polyurethane foam matrix, and the properties of NPU were further investigated. The research method and results are as follows: 1. NPU modified by
7、nano-TiO2 and other two inorganic nanoparticles were synthesized by in-situ polymerization method and one-step foaming process. The mechanical intensity of NPU modified by TiO2 has been greatly improved compared to unmodified PU. The results of ESEM implied that nano-TiO2 modified by stearic acid wa
8、s dispersed better than unmodified nano-TiO2 in NPU even the contents of modified nano-TiO2 was up to 5%. 2. Saturation adsorption experiments showed that unmodified nano-TiO2(2%)- NPU is the best adsorption materials for nano-dust in all of the NPU.Its largest adsorption capacitity was 0.071 mg / g
9、 NPU , which is twice as much as unmodified PU. In the experiments of dye absorption, the adsorption ability of Unmodified nano-TiO2(1%)- NPU turned out to be the best in absorption of acid fuchsin, Its adsorption capacitity for acid fuchsin reached 1.39 mg/g NPU, while the unmodified PU is only 0.9
10、4 mg/g. Key words: Nano-materials; polyurethane; removal of nano-dust; adsorption of dye 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关
11、保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在_ _年解密后适用本授权书。 不保密。 (请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪绪 论论 1.1 空气过滤材料空气过滤材料 1.1.1 空气过滤材料的发展空气
12、过滤材料的发展 随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对周边环境特别是大气环境越来 越重视。同时，由于人们对大气环境的重视，许多环境保护措施法则也相继出台， 这大大的推动了空气过滤材料的发展。 我国大约在两千多年前就开始使用过滤材料，其历史比较悠久，但是发展速度 却非常缓慢的。50 年代的时候，我国的空气过滤材料的主要原料依旧是棉织物。60 年代，我国才开始使用合成纤维（如聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈等）作为过滤材料的 原料, 随后又发现了玻璃长丝。70 年代末，才开发了涤纶，将其用作过滤材料，并 且得到了广泛的应用。随后又开发了聚酯并将其应用到过滤材料中，因其过滤效果 比较好而一直沿用至今1。
13、我国的过滤材料绝大多部分是纤维。因为制备纤维的成本比较低，而且它的比 表面积很大，因而过滤效果比较好。其中非织造纤维因为制作过程比较简单而且过 滤效果比较好而被广泛应作空气过滤材料。 为了使得空气过滤材料满足不同领域的需求，因而开发出具有一些特别功能如 抗菌、抗静电、拒水、降解有害气体、吸附粉尘等功能的空气过滤材料，即功能性 空气过滤材料成为目前研究的热点。目前，已有许多学者开发出了不少的功能性空 气过滤材料。如文献2所报导，Domeno C 等以聚丙烯酸酯纤维为滤料，添加活性炭 后得到了一种空气过滤材料，这种材料有两层，因活性炭能有效的吸附空气中的有 害气体，细菌等物质，使得每层都能够降低空
14、气中的有害成分，分别达到了 70%和 90%，而且还具有很好的拒水性能。将各种物质添加在一起后，能得到一种有效、充 分的发挥各自的性能的材料，这对于材料的成本以及人们使用材料的方便具有非常 重大的意义，所以功能性空气过滤材料在日常生活中将具有非常广泛的应用领域。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 1.1.2 纳米功能性过滤材料纳米功能性过滤材料 纳米功能性过滤材料就是将纳米粒通过一定的方式添加到过滤材料中，而得到 的一种具有某些特定功能的过滤材料3。根据文献3报导，目前制备功能性过滤材料 的方法主要有四种即共混纺丝法、静电纺丝法
15、、后整理法和接技法。 因纳米粒子具有表面积大，表面带有许多电荷等特点，如果将其添加到纤维中 制成纳米纤维复合材料的话，会赋予这种材料许多特殊的性能。如对微小粉尘更好 的吸附及过滤性能、导电性、拒水拒油性、阻燃性、抗菌性以及降解有害气体等性 能。西安工程大学的黄翔4等利用后整理法将纳米 TiO2镶嵌在涤纶上得到一种纳米 功能性空气过滤材料。这种材料既具有空气材料的优点，也具有纳米 TiO2所具有的 光催化降解作用，同时还会因二者的有效结合而具有更好的过滤性能。通过实验证 明，这种材料在降解甲醛的性能方面得到了较大的改善，并且这种材料还具有很好 的杀菌功能。 1.2 聚合物聚合物/无机纳米复合材料
16、无机纳米复合材料 复合材料就是将两种或两种以上的材料通过一定的方式结合而制得的一种 性能优于单一材料的材料。它既具备单一材料的优点，又可以克服单一材料的 缺点，因而应用范围比较广泛，特别是航空航天、国防、汽车等领域。由于其 应用范围的广泛性，因而有不少人致力于这方面的研究，近年来具有特殊性能 的纳米材料不断的被发现，使得纳米复合材料成为人们研究的热点。纳米复合 材料是指由两种或两种以上材料的固相至少有一相的一维尺度在 100 nm以内复合 而成的复合材料5。纳米材料由于其独特的体积效应、表面效应等特性，具有许多普 通材料所不具备的性能。纳米材料由于其特殊的性质，引起了人们越来越广泛的关 注,纳米材料可能是21世纪最有潜力的材料之一，越来越多的学
