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聚氨酯具有结构可设计等优点,广泛运用于各个场合。为了改善聚氨酯泡沫的泡孔结构,提高其力学、隔热、阻燃等性能,常常将其与各种无机填料复合,制备聚氨酯泡沫复合材料。二氧化硅可以通过气相法、溶胶-凝胶法等手段大量制备、粒径大范围可调,并且可以利用其表面氢键进行表面改性,是一种典型的零维纳米材料,在复合材料的制备方面有十分重要的地位。近年来,随着技术不断进步,二氧化硅纳米粒子、空心介孔的合成和表征方面仍然有新发现和新进展,为复合材料的制备和发展提供了新的机遇。通过调研发现,目前二氧化硅／聚氨酯泡沫复合材料方面的研究大多局限于使用粒径小于几十纳米的超细二氧化硅纳米粒子,其分散较为困难,常常需要表面改性才能有效与聚氨酯泡沫复合,明显地增加了聚氨酯体系粘度,降低成型工艺性能。新型空心介孔二氧化硅纳米粒子在聚氨酯泡沫材料的增强方面有很大的应用潜力。目前,尚无商品化产品可以获得,其在泡沫成型中的成核效应,对于泡沫结构和力学性能的影响是值得研究的问题。为此,本论文主要研究了以下三个方面的研究工作。[1]通过溶胶-凝胶法分别制备了粒径为460 nm和718 nm的普通实心二氧化硅和新型空心介孔二氧化硅纳米粒子,考察了前驱体浓度、水/乙醇的比例等因素对二氧化硅的粒径、形貌和性质的影响。结果表明,Si02的粒径强烈受到正硅酸四乙酯(TEOS)浓度,水/乙醇的比例,氨水浓度的影响,通过调控这些条件,能够合成不同粒径的SiO2。扫描电镜和透射电镜显示所制备的两种纳米Si02分别具有球形实心结构和球形空心结构,另外,氮气吸附脱附测试结果表明,空心介孔Si02具有介孔结构;[2]采用粒径分别为460 nm(标号T-400)和718 nm(标号T-720)的两种粒径的实心二氧化硅纳米粒子作为填料,制备了二氧化硅／聚氨酯泡沫复合材料,考察其泡沫结构、力学性能、尺寸稳定性和热导率。结果表明,相对于T-400粒径的Si02,T-720的Si02因为其在树脂体系中分散情况较好,其相应的聚氨酯泡沫表现出更好的性能,当含量为2%时,T-720 nm实心球型Si02增强的聚氨酯泡沫压缩强度相较于纯树脂泡沫增强了10%,而T-400 nmSiO2只增加了5%。[3]利用新型空心介孔二氧化硅纳米粒子(hollow mesoporous silica, HMS)作为填料,制备了二氧化硅／聚氨酯泡沫材料,为了对比,采用普通实心SiO2 (solid silica,SS)制备了聚氨酯泡沫材料。考察两种不同形貌的纳米粒子的成核效应,对泡孔结构(孔径、开孔率)和力学性能、隔热等性能的影响及其共性和差异。结果表明,相对于实心球型粒径的SiO2,空心介孔的SiO2因为其在具有表面褶皱和介孔结构,形成狭缝,降低气泡在其表面成核所需能垒,降低了泡沫的平均孔径,其相应的聚氨酯泡沫表现出更好的性能,当含量为1%时,空心介孔球型SiO2增强的聚氨酯泡沫压缩强度相较于纯树脂泡沫增强了19%,而实心球型SiO2只增加了9%。