Modyfikacja sztywnej pianki poliuretanowej z zastosowaniem popiołów lotnych ze spalania węgla

Abstract

W ostatnich latach zaobserwowano wzrost popularności stosowania napełniaczy stałych jako modyfikatorów w sztywnej piance poliuretanowej (PUR). Stosowanie odpowiednich napełniaczy umożliwia dostosowanie własności PUR do konkretnych zastosowań. Niniejsza rozprawa doktorska dotyczy badania wpływu dodatku popiołu lotnego ze spalania węgla (FA) na własności sztywnej pianki poliuretanowej. W pracy przedstawiono wyniki badań materiałów wytworzonych przy użyciu wybranych rodzajów popiołu lotnego oraz ich frakcji. Niniejsza rozprawa doktorska przedstawia różne aspekty technologiczne, które mogą pomóc w rozwiązaniu problemu wysokich kosztów materiałów termoizolacyjnych poprzez zastosowanie tańszych alternatyw, które również spełniają wymagania techniczne dotyczące izolacji termicznej. Ocena własności wytworzonych materiałów obejmowała morfologię powierzchni, palność, własności mechaniczne, analizę termiczną, przewodność cieplną oraz podstawowe informacje o materiale, takie jak gęstość, absorpcja wody i stabilność wymiarowa. Dla wybranych materiałów zamieszczono uzyskane z obliczeń numerycznych wyniki zapotrzebowania na energię i rozkładu temperatury dla przegrody z izolacją PUR. Niniejsze badania zostały przedstawione i zinterpretowane w cyklu czterech publikacji. Najważniejsze osiągnięcia tej pracy to dobór optymalnej ilości napełniacza oraz scharakteryzowanie różnic własności PUR w zależności od zastosowanego popiołu lotnego. W pracy wykazano, że 10% dodatek FA optymalnej ilości napełniacza oraz scharakteryzowanie różnic własności PUR w zależności od zastosowanego popiołu lotnego. W pracy wykazano, że 10% dodatek FA nie degraduje struktury materiału i nie powoduje obniżenia funkcjonalności PUR. Zaproponowane modyfikacje napełniacza wpływają korzystnie na wybrane parametry sztywnej pianki poliuretanowej. We wstępie do niniejszej rozprawy doktorskiej krótko scharakteryzowano PUR, uwzględniając kluczowe informacje, takie jak proces syntezy, własności fizyczne oraz mechaniczne. W dalszej części wstępu opisano napełniacze, które stosuje się do syntezy PUR. Szczególną uwagę zwrócono na własności popiołu lotnego, który znalazł szerokie zastosowanie jako napełniacz w wielu polimerach. W rozprawie opisano cel wykonanych badań, przedstawiono problemy badawcze oraz hipotezy. W pracy doktorskiej zestawiono cykl publikacji, który został poprzedzony merytorycznym opracowaniem. W rozprawie zamieszczono najistotniejsze wyniki i wnioski wynikające z analizy zawartego cyklu publikacji. In recent years, an increase in the use of solid fillers as modifiers in the production of rigid polyurethane foam has been observed. The use of appropriate solid fillers allows the properties of PUR to be adapted to specific applications. This dissertation investigates the effect of coal combustion fly ash (FA) addition on the properties of rigid polyurethane foam (PUR). In the dissertation, the solution of the problem of high costs of thermal insulation materials by using cheaper substitutes that also fulfils the technical requirements for thermal insulation is presented. The assessment of the obtained materials includes surface morphology, flammability, mechanical properties, thermal analysis, thermal conductivity, and basic material information such as density, water absorption, and dimensional stability. For selected materials, results obtained from numerical calculations of the energy demand and temperature distribution for a PUR-insulated partition are included. These studies have been presented and interpreted in a series of four publications. The most important achievements of this work are the selection of the optimum amount of filler and the characterization of differences in the properties of PUR foam depending on the fly ash used. In this study, it has been shown that a 10% FA addition does not degrade the material and does not reduce PUR functionality. The proposed filler modifications have a beneficial effect on selected parameters of rigid polyurethane foam. The introduction to this dissertation briefly characterizes polyurethane foam, considering key information such as the synthesis process, physical and mechanical properties. The introduction further describes the fillers that are used in PUR synthesis. Particular attention has been paid to fly ash, which is widely used as a filler in many polymeric materials. The dissertation describes the aim of the research, presents the research problems and hypotheses. The PhD dissertation is a collection of publications forming a series preceded by an elaboration. The thesis contains the results and conclusions resulting from the analysis of the included publication series.