城市生活垃圾焚烧底灰在聚合物基复合材料中的应用研究

摘要

生活垃圾处理问题变得越来越严峻，垃圾焚烧发电技术成为全球应对日益增长的城市固体废弃物的有效方法，焚烧后的废弃物中底灰占剩余质量的80%-90%，开展底灰的高附加值的资源化研究成为社会研究重点。本文采用硅烷偶联剂（KH570）或异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI）改性城市生活垃圾焚烧底灰（BA），增加其在聚合物中相容性，利用改性底灰做聚合物如聚氨酯（PU）、互穿聚合物网络（IPN）的填料，对改性产物进行红外光谱和热稳定性比较分析，制备相应的聚氨酯、互穿聚合物网络复合材料，研究改性底灰的组成和结构对聚氨酯和互穿聚合物网络的力学性能、热学性能的影响，最终制备得到综合性能优异的聚合物复合材料。　　通过水洗、酸化处理，用KH570、IPDI表面改性得到两种改性底灰，结果表明KH570和IPDI成功的包裹到BA表面，表面改性并未改变BA的晶体结构，SEM图中可以看出BA主要由多孔结构和表面粗糙的不规则颗粒组成，直径约在15至45μm之间，KH570、IPDI改性后，会有低聚物包裹在BA表面。　　对于蓖麻油基聚氨酯/KH570-BA复合材料而言，KH570-BA在PU基质中的分散相对均匀。与BA相比，随着KH570-BA载量的增加，PU复合材料的拉伸强度和杨氏模量增加。当KH570-BA负载6%时，获得了36.1％的拉伸强度增量和36％的杨氏模量的增加。此外，随着KH570-BA的加入， PU/KH570-BA复合材料的热稳定性随着KH570-BA载量的增加而略有改善，PU复合材料在600℃时的残留量从0.7增加到9.2％。　　在蓖麻油基PU/EP IPN复合材料中，热学性能测试结果表明， IPDI-BA的加入提高了复合材料的热稳定性，当IPDI-BA的加载量为4％时，初始分解温度提高了31.8℃，当IPDI-BA的加载量为6％时,600℃时的残渣量提高了57.1%。力学性能测试表明，IPDI-BA的加入，提高了拉伸性能，然而，随着IPDI-BA的加入，拉伸强度先增加后降低，当加入3wt％IPDI-BA时，IPN复合材料的拉伸强度达到最大值增加了63.2％，杨氏模量达到最大值增加了45.9％，弯曲强度达到最大值，增加了26.7%，当加入1wt％IPDI-BA时，IPN的断裂伸长率达到最大值，增加了21.8％。观察得到，IPDI-BA加入量低于3%时分散性比较均匀，加入量太多，易聚集。

目录

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2城市生活垃圾焚烧底灰的处理技术

1.2.1预处理

1.2.2固化和稳定化处理

1.2.3热处理

1.3城市生活垃圾焚烧底灰的应用领域

1.3.1 城市生活垃圾焚烧底灰作为骨料的应用

1.3.2 城市生活垃圾焚烧底灰作为水泥或混凝土的原料的应用

1.3.3 城市生活垃圾焚烧底灰作为前驱体的应用

1.3.4 城市生活垃圾焚烧底灰作为增强填料的应用

1.4 城市生活垃圾焚烧底灰/聚合物复合材料

1.4.1城市生活垃圾焚烧底灰

1.4.2 聚合物无机复合材料

1.4.3 城市生活垃圾焚烧底灰/聚合物复合材料

1.5本文的目的及意义、主要研究内容

1.5.1本论文的目的及意义

1.5.2本论文的主要研究内容

第二章 城市生活垃圾焚烧底灰的表面改性研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验原料

2.2.2实验设备

2.2.3实验步骤

2.3结果与讨论

2.3.1 红外光谱分析

2.3.2 X射线衍射分析

2.3.3 热分析

2.3.4 微观形貌分析

2.3.5 表面改性机理

2.4本章小结

第三章 底灰掺杂蓖麻油基聚氨酯复合材料的制备与性能研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验原料

3.2.2实验仪器与设备

3.2.3蓖麻油基聚氨酯复合材料的制备

3.2.4测试表征

3.3结果与讨论

3.3.1 X射线衍射分析

3.3.2 微观形貌分析

3.3.3力学性能

3.3.4 热稳定性分析

3.4本章小结

第四章 底灰改性蓖麻油基聚氨酯/环氧树脂互穿聚合物网络（IPN）的性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验材料

4.2.2实验仪器与设备

4.2.3蓖麻油基聚氨酯/环氧树脂互穿聚合物网络/IPDI-BA复合材料的制备

4.2.4测试表征

4.3结果与讨论

4.3.1 X射线衍射分析

4.3.2 红外光谱分析

4.3.3 热稳定性分析

4.3.4 力学性能

4.3.5 微观形貌分析

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

致谢