聚氨酯作为一类性能优异的多用途高分子合成材料,广泛应用在涂料、建筑、机械、胶黏剂、合成革等行业。由于组成聚氨酯的软、硬链段化学结构的不同,其热力学不相容会引发微相分离,严重影响聚氨酯的性能,从而限制了聚氨酯产业的发展。为了拓展其应用,制备高性能的聚氨酯合成材料,需要对其进行改性。通常改性的方法有两种：(1)通过异氰酸酯与多元醇的逐步聚合反应改变其化学结构；(2)在聚氨酯中加入有机或无机填料。近年来,聚合物/无机纳米复合材料具有的潜在优越性能,引起了科学界的广泛关注。由于纳米材料的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,即使在较低的添加量下,聚合物/无机纳米复合材料仍会表现出比普通聚合物更优越的性能。纳米CaCO3是一种无毒、无刺激性、无气味的白色软质填料,与其它普通填料相比,处于较低的价位。近年来,随着纳米材料和纳米技术的兴起,纳米CaCO3已经广泛应用于各种聚合物中,尤其是国内众多万吨级的纳米碳酸钙生产线的建成,更是迫切要求在包括聚氨酯在内的一系列领域中获得应用,但是,有关CaCO3在聚氨酯中应用的研究还不多。经过纳米SiO2改性的聚合物具有质轻、高强度、高韧性等优点,是科学界应用最广泛的无机填料之一。因此,制备综合性能优异的聚氨酯/纳米SiO2复合材料显得尤为重要。聚氨酯是一种易燃的高分子材料,提高阻燃性是聚氨酯行业重要的研究内容之一。纳米硼酸锌是一种高热稳定性的无毒阻燃剂,具有比重小、易分散、粒度小、无毒性、受热稳定性好等显著特点。因此,把纳米硼酸锌添加到聚氨酯基体中提高其阻燃性是可行的。基于以上原因,本论文在聚氨酯体系中,选用纳米碳酸钙(CaCO3)、纳米二氧化硅(SiO2)和纳米硼酸锌(ZB)为无机填料。纳米粒子在聚氨酯中应用的关键是纳米粒子在基体中的均匀分散以及与基体具有好的相容性。本论文(1)利用多聚磷酸为磷酸化试剂,通过酯化反应,合成了系列酯含量高的磷酸酯表面活性剂；(2)用系列表面活性剂对无机纳米粒子进行表面改性,改善了无机纳米粒子的表面性能；(3)将改性后的纳米粒子首先分散在聚氨酯的反应单体多元醇中,制备出均匀分散的分散液,随后通过原位聚合法制备出分散性良好的聚氨酯/纳米无机复合材料。在此基础上,方面研究了合成表面改性剂的最佳条件,探讨了改性后无机纳米粒子的表面性能及相互作用机理；另一方面研究了不同种类纳米粒子的加入对聚氨酯内部结构、热稳定性及力学性能的影响,着重探讨了经聚丙二醇磷酸酯改性的纳米粒子在聚氨酯中的均匀分散以及界面之间的相互作用。本论文首次用聚氨酯的反应单体多元醇与多聚磷酸通过酯化反应,制备出色泽好、单酯含量高的多元醇磷酸酯；无机纳米粉体经其表面改性后,由于修饰在表面的长链烷氧基与多元醇相同,使无机纳米粉体能够均匀地分散在多元醇中；随后通过原位聚合反应,进一步均匀分散在聚氨酯中,在根本上解决了无机纳米粉体在聚氨酯中分散不均的难题。所述多元醇可以是合成聚氨酯的各种醇类,其与多聚磷酸合成多元醇磷酸酯的工艺简单、原料易得、环保、成本低廉。所采用的无机填料来源广、易加工、改性过程成本低；工艺简单、安全无污染,适用于聚氨酯的产业化发展。本论文将油酸改性的纳米硼酸锌通过原位聚合法添加到聚氨酯中,制备出分散性能良好的聚氨酯/纳米硼酸锌复合材料。由于聚氨酯易燃,而硼酸锌是一种高热稳定性的无毒阻燃剂,因此,把两者复合起来适用于阻燃型聚氨酯的发展。本论文还将经油酸改性的纳米碳酸钙通过原位聚合法添加到水性聚氨酯中,制备出的水性聚氨酯/纳米碳酸钙复合材料综合性能良好,为无机纳米粒子在水性聚氨酯中的应用奠定了基础。