CN103102641A

CN103102641A - 一种改性酚醛保温泡沫材料的制备方法

Info

Publication number: CN103102641A
Application number: CN2013100485915A
Authority: CN
Inventors: 王海旺; 张宇艳; 宋立辉; 杜月文; 李航宇; 董果果; 路修远
Original assignee: Northeastern University Qinhuangdao Branch
Current assignee: Northeastern University Qinhuangdao Branch
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2033-02-07
Also published as: CN103102641B

Abstract

本发明公开了属于泡沫材料领域的一种改性酚醛保温泡沫材料的制备方法。本发明采用有机-无机纳米复合材料为改性剂，在酚醛树脂中加入改性剂、表面活性剂、发泡剂和酸性固化剂，倒入模具中，机械搅拌，在一定温度下进行发泡，得到改性的酚醛保温泡沫材料。本发明有效的克服了无机纳米改性剂团聚的问题，增加了无机纳米颗粒与有机树脂的相容性，可以有效的增强酚醛泡沫板的机械强度；主要解决传统酚醛泡沫板韧性、粉化程度高的技术问题，制备的酚醛泡沫密度适中，具有良好的阻燃性、韧性、粉化程度低的特征。

Description

一种改性酚醛保温泡沫材料的制备方法

技术领域

本发明属于泡沫材料领域，涉及一种改性酚醛保温泡沫材料的制备方法。

背景技术

近年来，高层建筑火灾事件频频发生，引起了社会的广泛关注。究其原因，是因为绝大多数建筑物使用聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫作为隔热保温材料，这两类泡沫的性质易燃，燃烧时会产生毒气和浓烟，导致火灾时人员伤亡巨大。因此，开发新型的隔热保温材料意义重大。

酚醛泡沫作为新一代保温、防火材料，与传统的聚苯乙烯、聚氨酯等泡沫保温材料相比，具有以下优异性能：一是防火安全性好，酚醛泡沫燃烧性能为难燃B1—A级，氧指数一般为35～40，燃烧时无明火、离火自熄，低烟雾，遇火无滴落物，保持形状稳定性。二是烟密度低，发烟量远远低于聚氨酯和聚苯乙烯，且低毒性。三是保温性能好，酚醛泡沫的导热系数可以保持在0.022～0.028W/m·K，保温性能与聚氨酯泡沫相当，好于聚苯乙烯泡沫（0.040W/m·K）。酚醛泡沫的这些优点使其广泛应用于一般工业建筑外墙外保温工程。

虽然酚醛泡沫在质量和产量方面都具备优势，但其仍存在脆性高、易粉化、强度低等缺点，限制了它的广泛应用，改善酚醛泡沫韧性差及易粉化现象是现今国内外的研究热点。目前研究者们采用化学修饰、加入化学改性剂和纤维增强等方法用以增韧酚醛泡沫，在酚醛体系中引入柔性链（如二元酸长链、聚氨酯预聚物等）来达到增韧的目的。这类方法在一定程度上能够起到增韧酚醛泡沫的作用，却影响了酚醛泡沫的保温性能。

无机纳米粒子作为塑料改性剂越来越受重视，但是无机纳米粒子存在于高分子材料相容性差的缺点，解决这类问题通常是在材料中引入聚合物和无机粉末。本发明采用一种新颖简单的技术制备二氧化硅纳米粒子材料，并将二氧化硅纳米粒子作为增韧剂用以改性酚醛泡沫，得到一种韧性高，粉化程度低的新型酚醛泡沫。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性酚醛保温泡沫材料的制备方法，其特征在于，采用有机-无机纳米复合材料作为改性剂，在不影响酚醛泡沫阻燃性能的前提下，解决了酚醛泡沫的韧性差、易粉化的缺点；改性酚醛保温泡沫材料的制备工艺包括以下步骤：

1）在反应釜中按质量份数比加入硅溶胶、丙烯酸或聚丙烯酸和水，其中，硅溶胶：丙烯酸或聚丙烯酸：水=2-6:10-20:50，升温至50-80℃，真空抽滤反应，制备成有机-无机纳米复合材料改性剂，作为组分A；

2）在酚醛树脂中加入表面活性剂、发泡剂，搅拌均匀，作为组分B；其中表面活性剂的用量为酚醛树脂质量的4%-12%，发泡剂用量为酚醛树脂质量的5%-12%；

3) 将组分A加入组分B中，并与酸性固化剂混合，机械搅拌10-30s搅拌均匀，其中组分A的用量占酚醛树脂质量的1%-40%；酸性固化剂的用量占酚醛树脂的1%-20%；

4）将步骤3）中的混合物倒入发泡模具中，在40-80℃混合发泡三十分钟，熟化二个小时，得到酚醛泡沫保温材料。

步骤1）中所述硅溶胶采用常规方法制备或者市售均可。

步骤2）中所述的酚醛树脂为碱性可发性酚醛树脂，粘度为5000-10000mPa.S，固含量为70%-85%。

步骤2）所述的表面活性剂为吐温系列或硅油系列中的一种或几种，表面活性的用量为酚醛树脂的4%-6%。

步骤2）中所述发泡剂为低沸点类物理发泡剂，用量为酚醛树脂的6%-10%，通过调节发泡剂用量来控制酚醛泡沫的密度。

所述低沸点类物理发泡剂为氢氟烃、正戊烷、异戊烷、环己烷中的一种或几种。

步骤3）所述酸性固化剂为无机酸和有机酸的混合物，其中，无机酸是盐酸、硫酸、磷酸、醋酸、草酸中的一种或几种的混合物，有机酸是苯磺酸、二甲苯磺酸、苯酚磺酸中的一种或几种的混合物。

本发明的有益效果为：

1)本发明采用聚丙烯酸制备有机-无机纳米复合材料，提高了纳米粒子与高分子材料的兼容性，不需要对纳米材料进行表面处理，只是在低压条件下反应一段时间即可制备纳米复合材料，工艺简单，大大节约了成本。

2）采用有机-无机纳米复合材料改性酚醛泡沫，在不影响酚醛泡沫阻燃性能的前提下，有效解决了酚醛泡沫的韧性差、易粉化的缺点。

3）采用物理发泡剂发泡，泡沫密度适中，可通过调节物理发泡剂用量调节泡沫密度。这类物理发泡剂不会破坏大气中的臭氧层，解决环境污染问题的同时也避免了酚醛泡沫泡孔太大的问题，提高酚醛泡沫板的质量。

4）该酚醛泡沫在火焰的直接燃烧下，无滴落物、无融化现象，只是表面形成碳层，层内的泡沫结构受到有效的保护，泡沫具有良好的耐温性和优异的阻燃性，是一种有效地阻燃材料。

5）该酚醛泡沫板的闭孔率达95.02%。

具体实施方式

本发明提供一种改性酚醛保温泡沫材料的制备方法，下面结合实施例对本发明予以进一步说明。

本发明采用有机-无机纳米复合材料作为改性剂，在不影响酚醛泡沫阻燃性能的前提下，解决了酚醛泡沫的韧性差、易粉化的缺点；下述实例中所述份数均为质量份数。

实例1

1）在反应釜中依次加入2份硅溶胶、15份丙烯酸、50份水，在55℃和0.6Mpa的低压条件下反应33分钟，制得具有5000mPa.S粘稠度的有机-无机纳米复合材料，作为组分A。

2）在容器中称取100份酚醛树脂，依次加入5份吐温20、10份正戊烷，混合搅拌30-40s，使其分散均匀，得到组分B。

3）将2份组分A加入组分B中，再加入18份酸性固化剂（盐酸或磷酸），机械搅拌10s，倒入模具中，在70℃温度下进行发泡三十分钟，熟化二个小时，得到酚醛泡沫保温材料。

得到的酚醛泡沫表面不粉化，泡沫致密均匀，泡沫密53.04kg/m³，压缩强度0.133MPa。压缩强度比空白组酚醛泡沫提高了41.86%，压缩强度提高了54.65%。

实例2

1）在反应釜中依次加入4份硅溶胶、18份聚丙烯酸、50份水，在65℃和0.6Mpa的低压条件下反应35分钟，制得具有6000mPa.S粘稠度的有机-无机纳米复合材料，作为组分A。

2）在容器中称取100份酚醛树脂，依次加入5份吐温80、10份异戊烷，混合搅拌30-40s，使其分散均匀，得到组分B。

3）将8份组分A加入组分B中，再加入8份酸性固化剂（苯磺酸和二甲苯磺酸等量化合物），机械搅拌10s，倒入模具中，在70℃温度下进行发泡三十分钟，熟化二个小时，得到酚醛泡沫保温材料。

得到的酚醛泡沫板的表观密度为59.37kg/m³，提高了58%；压缩强度为0.143MPa,提高了66%。

实例3

　　　1）在反应釜中依次加入6份硅溶胶、15份聚丙烯酸、50份水，在75℃和0.6Mpa的低压条件下反应38分钟，制得具有8000mPa.S粘稠度的有机-无机纳米复合材料，作为组分A。

2）在容器中称取100份酚醛树脂，依次加入5份吐温60、12份氢氟烃，混合搅拌30-40s，使其分散均匀，得到组分B。

3）将8份组分A加入组分B中，再加入10份酸性固化剂，机械搅拌10s，倒入模具中，在70℃温度下进行发泡三十分钟，熟化二个小时，得到酚醛泡沫保温材料。

得到的酚醛泡沫板表观密度为50.96kg/m3，提高了36.29%；压缩强度为0.143MPa,提高了66%。

实例4

　　　1）在反应釜中依次加入6份硅溶胶、15份聚丙烯酸、50份水，在80℃和0.6Mpa的低压条件下反应40分钟，制得具有9500mPa.S粘稠度的有机-无机纳米复合材料，作为组分A。

2）在容器中称取100份酚醛树脂，依次加入5份硅油（消泡硅油或氨基硅油）、11份异戊烷，混合搅拌30-40s，使其分散均匀，得到组分B。

3）将8份组分A加入组分B中，再加入10份酸性固化剂，机械搅拌10s，倒入模具中，在70℃温度下进行发泡三十分钟，熟化二个小时，得到酚醛泡沫保温材料。得到的酚醛泡沫材料表观密度为50.96kg/m3，提高了36.29%；压缩强度为0.143MPa,提高了66%。

Claims

1.一种改性酚醛保温泡沫材料的制备方法，其特征在于，采用有机-无机纳米复合材料作为改性剂，在不影响酚醛泡沫阻燃性能的前提下，解决了酚醛泡沫的韧性差、易粉化的缺点；改性酚醛保温泡沫材料的制备工艺包括以下步骤：

1）在反应釜中按质量份数比加入硅溶胶、丙烯酸和水，其中，硅溶胶：丙烯酸或聚丙烯酸：水=2-6:10-20:50，升温至50-80℃，真空抽滤反应，制备成有机-无机纳米复合材料改性剂，作为组分A；

2.根据权利要求1所述一种改性酚醛保温泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述硅溶胶采用常规方法制备或者市售均可。

3.根据权利要求1所述一种改性酚醛保温泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述的酚醛树脂为碱性可发性酚醛树脂，粘度为5000-10000mPa.S，固含量为70%-85%。

4.根据权利要求1所述一种改性酚醛保温泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤2）所述的表面活性剂为吐温系列或硅油系列中的一种或几种，表面活性的用量为酚醛树脂的4%-6%。

5.根据权利要求1所述一种改性酚醛保温泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述发泡剂为低沸点类物理发泡剂，用量为酚醛树脂的6%-10%，通过调节发泡剂用量来控制酚醛泡沫的密度。

6.根据权利要求1所述一种改性酚醛保温泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述低沸点类物理发泡剂为氢氟烃、正戊烷、异戊烷、环己烷中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述一种改性酚醛保温泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤3）所述酸性固化剂为无机酸和有机酸的混合物，其中，无机酸是盐酸、硫酸、磷酸、醋酸、草酸中的一种或几种的混合物，有机酸是苯磺酸、二甲苯磺酸、苯酚磺酸中的一种或几种的混合物。