我国煤化工行业的高速发展,推进了现代化进程的同时也随之带来了工业固体废弃物的大量排放,如何有效地解决煤气化飞灰等工业固废造成的环境问题已成为煤化工企业关注的焦点。无机填料被广泛地应用于有机聚合物材料中,使原材料的综合性能得以提升,但也存在一些不足,如生产成本高、环境效益低以及消耗额外矿石资源等问题。因此有必要开发一种低成本、高效益的填料产品。为开发煤气化飞灰综合利用的新途径,本文选取Shell粉煤气化装置产飞灰作为研究对象,并将其作为聚氨酯材料的填料,利用粒度分析仪、XRF、XRD、SEM-EDX等分析测试手段分析了气化飞灰的理化性质,考察了气化飞灰作为聚合物填料的可行性,探讨了粉煤气化飞灰聚氨酯泡沫复合材料的制备过程及工艺优化;通过FTIR、DSC等分析手段揭示了填料与基体之间的复合机理,深入研究了该复合材料的综合性能并评价了在实际生产中的环境效益,并得出以下结论:气化飞灰粒径较小且分布均匀,主要分布在2μm左右,有利于在基体中形成完整的嵌入结构;表面含有未燃尽的炭,可以改善与高分子聚合物基体的相似相容性;大量非晶态物质的存在,使得其作为填料可在基体中表现出较高的活性;主体为球形形貌,无锋利的棱角,作为填料不会破坏基体的高分子结构;硅铝含量高,作为填料有助于提升材料的机械性能,所以将气化飞灰作为填料应用于聚氨酯复合材料具有较强的可行性。硅烷偶联剂表面改性技术适合作为气化飞灰的预处理手段,当改性剂添加量为填料量的2.0wt%时,改性后的飞灰与基体的相容性最佳。本文采取一步合成法制备了聚氨酯复合材料,并进行工艺优化。研究发现,制备过程中的最佳搅拌速率范围为2000～2500转/min,以此避免基体的不充分反应同时防止打旋现象的发生。通过对气化飞灰与聚氨酯基体复合机理研究表明,二者主要以物理方式结合,同时也伴随着少量化学反应生成新的Si-O-Al键;气化飞灰在复合材料中起到了成核作用,提高了原材料的结晶度。通过对复合材料的综合性能的研究和实际生产环境效益的预测发现,气化飞灰作为聚氨酯材料的填料有助于提升材料的力学抗压缩性能、防潮性能、物理稳定性以及热稳定性,同时在实际生产中表现出优良的环境效益,气化飞灰掺配量每增加3.50wt%,其每千克的生产过程所消耗的能量随之减少3.03MJ·kg-1,CO2排放量随之减少0.13kg·kg-1。图[23]表[18]参[102]