CN103921515B - 无机纳米涂层与酚醛泡沫交替复合的保温阻燃材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无机纳米涂层与酚醛泡沫交替复合的保温阻燃材料及制备方法，包括多层酚醛泡沫板，相邻两层酚醛泡沫板之间涂有无机纳米涂层。能有效改善酚醛泡沫外墙保温板在隔热、阻燃、强度等几个方面的性能。

Description

无机纳米涂层与酚醛泡沫交替复合的保温阻燃材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种保温材料制备技术，尤其涉及一种无机纳米涂层与酚醛泡沫交替复合的保温阻燃材料及制备方法。

背景技术

目前，随着经济的快速发展，高层建筑物越来越多，对人们所居住的建筑物而言，防火安全问题始终应该列于首位。而建筑节能环保同样是社会可持续发展所面临的一项重要任务，因此，大量的无机或有机建筑保温材料广泛应用于建筑物的外墙结构。

现有技术中，传统的保温材料，如聚苯乙烯(PS)和聚氨酯(PU)泡沫等，虽然有较好的保温隔热性能，但是在阻燃方面的性能非常不好，耐热性差，易燃烧，且在燃烧过程中还会产生对环境和人类都具有巨大危害的有毒气体等缺点，这些因素很大程度上限制了其在建筑物外墙保温材料领域的应用。鉴于此，阻燃性能优越的酚醛泡沫(PF)保温材料应运而生。

酚醛泡沫是一种新型不燃、防火低烟保温材料，它是由甲阶酚醛树脂加入发泡剂、固化剂及其它助剂制成的闭孔硬质泡沫塑料。作为一种新型的泡沫材料，基于其独特的材质和结构，展现出耐热、难燃、离火自熄、耐火焰穿透、无滴落物质和防止火灾蔓延等性能优点，使人们认识到其在高层建筑、高温隔热、超低温保冷领域具有的重要使用价值。

然而，酚醛泡沫也有一些自身的缺点，例如，酚醛泡沫内部具有很多球形或不定形的孔隙，这使得其脆性大，易粉化掉渣等。因此目前大多数工作致力于增强酚醛泡沫的韧性，通过在其中混入韧性很强的弹性体(如橡胶、聚乙二醇等助剂)来达到。也有在其中加入无机粉体填料(如碳酸钙等)以改善其脆性并降低导热率(例如，申请号为200680041777.6的中国专利)，但是效果都不甚明显。而且与现行市场常用的保温材料相比较，酚醛泡沫的价格较为昂贵，导热系数依然偏高(约为0.025W/(m.k))，阻燃效果并不是很好，等级一般为B1级。

发明内容

本发明的目的是提供一种隔热和阻燃性能好的无机纳米涂层与酚醛泡沫交替复合的保温阻燃材料及制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的无机纳米涂层与酚醛泡沫交替复合的保温阻燃材料，包括多层酚醛泡沫板，相邻两层酚醛泡沫板之间涂有无机纳米涂层。

本发明的上述的无机纳米涂层与酚醛泡沫交替复合的保温阻燃材料制备方法，包括步骤：

A、制作第一层酚醛泡沫板；

B、在第一层酚醛泡沫板表面喷涂无机纳米涂层

C、喷涂完毕后，原位再发泡制作第二层酚醛泡沫板，形成交替复合结构；

D、根据实际需要，重复步骤B、C，获得无机纳米涂层与酚醛泡沫多层交替复合结构的保温阻燃板。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的无机纳米涂层与酚醛泡沫交替复合的保温阻燃材料及制备方法，由于包括多层酚醛泡沫板，相邻两层酚醛泡沫板之间涂有无机纳米涂层，能有效改善酚醛泡沫外墙保温板在隔热、阻燃、强度等几个方面的性能。

附图说明

图1a为现有技术中酚醛泡沫保温板的隔热性能示意图；

图1b为本发明实施例中无机纳米涂层与酚醛泡沫交替复合的保温阻燃材料的隔热性能示意图；

图1c为图1b的细部显微放大示意图；

图2a为本发明实施例中无机纳米材料涂层的阻燃过程示意图；

图2b为本发明实施例中无机纳米材料涂层的红外反射隔热过程示意图；

图3a、图3b分别为本发明实施例制备的无机纳米涂层与酚醛泡沫交替复合的保温阻燃材料实物结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的无机纳米涂层与酚醛泡沫交替复合的保温阻燃材料，其较佳的具体实施方式是：

包括多层酚醛泡沫板，相邻两层酚醛泡沫板之间涂有无机纳米涂层。

所述无机纳米涂层的材料选择以下任一种或多种：

SiO₂、ZrO₂、蒙脱土、碳材料、硅藻土、滑石粉、ATO粉。

所述碳材料选择以下任一种或多种：

石墨、碳纳米管、石墨烯。

本发明中上述的无机纳米涂层与酚醛泡沫交替复合的保温阻燃材料制备方法，其较佳的具体实施方式是：

包括步骤：

A、制作第一层酚醛泡沫板；

B、在第一层酚醛泡沫板表面喷涂无机纳米涂层；

C、喷涂完毕后，在喷涂的无机纳米涂层表面发泡制作第二层酚醛泡沫板，形成交替复合结构；

D、根据实际需要，重复步骤B、C，获得无机纳米涂层与酚醛泡沫多层交替复合结构的保温阻燃板。

所述步骤A包括：

以甲醛和/或苯酚为原料，以氢氧化钡或氢氧化钠溶液作为催化剂，制备甲阶酚醛树脂；

采用吐温1292或乳化剂OP-10作为表面活性剂、正戊烷或异戊烷作为发泡剂、对甲苯磺酸水溶液和磷酸复合体系作为固化剂，对所述甲阶酚醛树脂发泡，制得酚醛泡沫块体；

所述甲阶酚醛树脂制备过程中，采用尿素、聚乙二醇、聚乙烯醇缩甲醛和/或单体尼龙6对所述甲阶酚醛树脂进行增韧改性。

所述步骤B包括：

将无机纳米材料粉体均匀分散于偶联剂中，在所述酚醛泡沫板表面进行喷涂。

所述步骤C包括：

在无机纳米涂层的表面重复步骤A方案，获得第二层酚醛泡沫。

所述步骤D包括：

重复步骤B、C方案。

本发明的无机纳米涂层与酚醛泡沫交替复合的保温阻燃材料及制备方法，采用无机材料与酚醛泡沫交替复合的层状结构(如ABABAB…)制备新型的外墙保温材料。现有技术中的酚醛泡沫的制备工艺已经成熟，一般是由甲阶酚醛树脂在发泡剂、固化剂、表面活性剂等助剂的存在下，经过适宜的条件发泡而成，其密度可通过发泡剂的加入量来调节。而无机材料涂层由尺寸分布均匀的微米/纳米颗粒组成，能有效堵塞酚醛泡沫的孔隙，阻碍空气对流传热，提升酚醛泡沫板材的保温效果。无机材料涂层多采用离子、原子化合物及单质如碳基纳米材料，作为隔热介质具有较高熔点、红外反射和屏蔽等特性，从而降低保温板材的热传导，进一步提高阻燃隔热性能。此外，无机复合涂层一般具有较高的力学强度，能同时提高保温板材特定取向的力学性能。因此，无机材料/酚醛泡沫交替复合层状结构能有效改善酚醛泡沫外墙保温板在隔热、阻燃、强度几个方面的性能。而且，针对任何配方制备的酚醛泡沫均能使用，具有非常高的普适性，为拓展酚醛泡沫在外墙保温材料方面的应用起到至关重要的作用。

具体实施例：

酚醛泡沫保温板的制备过程：

以甲醛/苯酚为原料，氢氧化钡(或氢氧化钠)溶液作为催化剂，制备甲阶酚醛树脂。对甲阶酚醛树脂发泡，采用吐温(1292)或乳化剂OP-10作为表面活性剂，正戊烷或异戊烷作为发泡剂，对甲苯磺酸水溶液和磷酸复合体系作为固化剂。经过发泡，便可制得酚醛泡沫。在甲阶酚醛树脂合成过程中，亦可采用尿素、聚乙二醇、聚乙烯醇缩甲醛、单体尼龙6对甲阶酚醛树脂进行增韧改性。本发明所用的甲阶酚醛树脂的合成不限于以上所述配方，适用于任何配方所得到的甲阶酚醛树脂。发泡过程中所用的助剂也不限于以上几种。

实际工业生产得到的酚醛泡沫是一个很大的块材，需要切割成板材以待使用。在切割的过程中，酚醛泡沫的孔隙会在切割面上暴露出来，这就导致了闭孔率的下降，因此需要提高酚醛泡沫表面的闭孔率。而无机纳米材料涂层的存在恰恰改善了这一缺陷。

如图1a、图1b、图1c所示，由于无机纳米材料涂层的存在，酚醛泡沫的孔隙被堵塞，阻碍了热量通过空气对流的传输过程，从而有效改善了酚醛泡沫的保温隔热效果，降低整体的导热系数。基于无机纳米涂层/酚醛泡沫交替复合层状结构在保温隔热方面带来的性能改善，我们完全可以在保证同等隔热性能的同时，减少酚醛泡沫复合板材的厚度，从而减少酚醛泡沫的用量，达到降低成本的目的。并由于降低醛泡沫保温板的厚度，为外墙建筑施工带来便利。

无机纳米材料涂层与酚醛泡沫层间交替复合的方法是：

将合适的微米/纳米无机粉体(SiO₂、ZrO₂、碳材料、蒙脱土、硅藻土、滑石粉、ATO粉等)均匀分散于偶联剂中，在酚醛泡沫板表面进行喷涂。喷涂过程中，无机材料便可进入酚醛泡沫表面的孔隙(如图1c所示)，从而在原有基础上，进一步提高酚醛泡沫的闭孔率，阻止空气流通而改善阻燃、隔热性能。喷涂完毕将上下两层酚醛泡沫板压合在一起，待溶剂干燥，便得到层状复合结构的酚醛泡沫保温板。

此外，由于无机纳米涂层采用的是离子、原子化合物及单质，熔点很高，因此，如果发生火灾，无机材料涂层还能有效防止火势蔓延，提高了酚醛泡沫保温板的阻燃性能(如图2a所示)。

根据所选择的无机纳米材料涂层的种类不同，还可以展现出其他的特性，比如反射红外热辐射，因此合成的无机材料涂层与酚醛泡沫交替复合层状结构的保温板还有红外反射特性，这能够进一步提升其保温隔热性能(如图2b所示)。

本设计的独特之处在于：无论采用何种配方发泡的酚醛泡沫均能采用这种交替复合层状结构，通用性很强；而且无机涂层材料的选择范围宽，成本低，例如SiO₂、ZrO₂、蒙脱土、碳材料(石墨、碳纳米管、石墨烯)、硅藻土、滑石粉、ATO粉(纳米氧化锑锡粉)等均可。无机材料涂层中颗粒的尺寸可根据酚醛泡沫的孔隙进行调整，能满足多种特定的工程条件需求。

如图3a、图3b所示，是根据本发明设计合成的纳米ATO粉涂层/酚醛泡沫交替复合结构保温板的样品，可以发现明显的分层结构，但无机材料涂层的出现并没有影响酚醛泡沫板的整体结构，其力学性能、热稳定性能等都取决于所选取的酚醛泡沫本身。但是这种独特的交替复合结构却能够有效地改善无机材料与酚醛泡沫交替复合结构保温板的保温隔热以及耐温阻燃功能，并有效降低其生产成本。这极大地拓展了酚醛泡沫的应用前景，为使其成为市场上外墙保温板材料的主流产品起到了积极的推动作用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种无机纳米涂层与酚醛泡沫交替复合的保温阻燃材料，其特征在于，包括多层酚醛泡沫板，相邻两层酚醛泡沫板之间涂有无机纳米涂层；

所述无机纳米涂层的材料选择以下任一种或多种：

SiO₂、ZrO₂、蒙脱土、碳材料、硅藻土、滑石粉、ATO粉；

所述碳材料选择以下任一种或多种：

石墨、碳纳米管、石墨烯。

2.一种权利要求1所述的无机纳米涂层与酚醛泡沫交替复合的保温阻燃材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

A、制作第一层酚醛泡沫板；

B、在第一层酚醛泡沫板表面喷涂无机纳米涂层；

C、喷涂完毕后，在喷涂的无机纳米涂层表面发泡制作第二层酚醛泡沫板，形成交替复合结构；

D、根据实际需要，重复步骤B、C，获得无机纳米涂层与酚醛泡沫多层交替复合结构的保温阻燃板；

所述步骤B包括：

将无机纳米材料粉体均匀分散于偶联剂中，在所述酚醛泡沫板表面进行喷涂。