CN104004216A

CN104004216A - 新型kh-560改性酚醛泡沫的制备方法

Info

Publication number: CN104004216A
Application number: CN201410265110.0A
Authority: CN
Inventors: 李东风; 崔旭
Original assignee: Changchun University of Technology
Current assignee: Changchun University of Technology
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2014-08-27

Abstract

本发明公开了新型KH-560改性酚醛泡沫的制备方法，它包括：按甲醛/苯酚摩尔比例为1.8:1，在200rpm搅拌状态下水浴升温到40℃，调节pH为9-10，继续升温到60℃，反应30min；加入7%的硅烷偶联剂，再加入吐温-80、正戊烷、50wt%硫酸，70℃发泡固化，得到的改性酚醛泡沫，机械强度和韧性得到显著的增强，相对于纯酚醛泡沫，改性酚醛泡沫的压缩强度提高了37%,冲击强度提高了68%,粉化率降低到1.6%，显著增加了机械强度和韧性。同时，热失重分析表明：改性酚醛树脂泡沫的热稳定性仅稍微有所降低，相同温度下的热失重率较纯酚醛泡沫减少1-3%，仍然保持优秀的热稳定性和良好的高阻燃性。

Description

新型KH-560改性酚醛泡沫的制备方法

技术领域

本发明属化工领域，具体地涉及新型KH-560改性酚醛泡沫的制备方法。

背景技术

酚醛泡沫塑料是近些年发展起来的一类新型泡沫塑料，酚醛泡沫相对于聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫，在耐高温方面有明显优势，酚醛泡沫能够在-196～200 ℃温度范围内长期使用而不会变形和降解。酚醛泡沫还具有质轻、隔热、燃烧时低烟、低毒、无明显火焰、无滴落物、热导率低，隔热性能好，优良的电绝缘性能，耐化学腐蚀的优点，因此在建筑保温、石油化工行业、航空航天器绝热方面有广阔的应用前景。然而，酚醛泡沫同时又具有脆性大、韧性差、机械强度低的缺点，这些缺点都严重制约了它的应用范围和使用寿命。

硅烷偶联剂是由硅氯仿（HSiCl₃）和带有反应性基团的不饱和烯烃在铂氯酸催化下加成，再经醇解而得。硅烷偶联剂是有机硅化学中极具特色的一类化合物，其实质上是一类具有有机官能团的硅烷，在其分子中同时具有能和无机质材料表面化学键合的硅官能团以及与有机聚合物（树脂等）反应的碳官能团，又具有易水解和缩聚的特点。

硅烷偶联剂(KH560)是一种含环氧基的三甲氧基硅烷偶联剂，由于KH-560是带有环氧环的长柔性链，水解产生长柔性链的硅醇，同时环氧环开环产生羟基，所以选用KH-560改性酚醛树脂泡沫，用长柔性链取代了树脂中刚性部分的亚甲基，柔性链增加，使树脂大分子交联密度降低，提高酚醛泡沫的机械性能。

发明内容

本发明的目的是为提高酚醛泡沫机械性，而提供一种新型KH-560改性酚醛泡沫的制备方法。

新型KH-560改性酚醛泡沫的制备方法，它包括：

1）按甲醛/苯酚摩尔比例为1.8:1，在200rpm搅拌状态下水浴升温到40℃，用20% NaOH调节pH为9-10，继续升温到60℃，反应30min；

2）加入相对反应苯酚质量的质量分数为5%-9%的硅烷偶联剂KH-560，再以2℃/min的升温速率升温到95℃，反应50min；反应完成后迅速冷却；用6mol/L的盐酸中和pH为7；利用旋转蒸发仪减压蒸馏到黏度为4000-6000cp，即得改性酚醛树脂；

3）按每100 ml改性酚醛树脂，先后加入吐温-80：4ml、正戊烷：8-10ml、50%硫酸：3ml，迅速搅拌均匀，倒入模具中，70 ℃发泡固化，即得改性酚醛泡沫；

所述的加入硅烷偶联剂KH-560质量分数为5%-9%；

所述的质量分数为7%。

本发明提供了新型KH-560改性酚醛泡沫的制备方法，它包括：按甲醛/苯酚摩尔比例为1.8:1，在200rpm搅拌状态下水浴升温到40℃，加入20% NaOH，调节pH为9-10，继续升温到60℃，反应30min；加入质量分数为7%的硅烷偶联剂(KH-560)，再加入吐温-80、正戊烷、硫酸，70 ℃发泡固化，得到的改性酚醛泡沫，实验结果表明，添加硅烷偶联剂(KH-560)制备的酚醛泡沫机械强度和韧性得到显著的增强，相对于纯酚醛泡沫，改性酚醛泡沫的压缩强度提高了37%,冲击强度提高了68%,粉化率降低到1.6%，显著增加了机械强度和韧性。同时，热失重分析表明：改性酚醛树脂泡沫的热稳定性仅稍微有所降低，相同温度下的热失重率较纯酚醛泡沫减少1-3%，仍然保持优秀的热稳定性和良好的高阻燃性。

附图说明

图1不同KH-560添加量酚醛泡沫的应力-应变曲线；

图2不同KH-560添加量改性泡沫的冲击强度；

图3不同KH-560含量对酚醛泡沫氧指数的影响；

图4酚醛泡沫的SEM分析：a、b纯酚醛泡沫和 c、d改性泡沫（KH-560添加量7%wt）；

图5不同添加量的KH-560改性酚醛泡沫的TG分析曲线；

图6为不同含量KH-560对酚醛泡沫粉化率的影响。

具体实施方式

实施例1新型KH-560改性酚醛泡沫

1、改性酚醛树脂的制备

1）在2000ml装有搅拌器、冷凝管、温度计的三口圆底烧瓶中加入甲醛/苯酚摩尔比例为1.8:1，甲醛为270ML,苯酚为180ML，在200rpm搅拌状态下水浴升温到40℃，加入20%(wt)的NaOH约20 ML调节pH为9-10，继续升温到60℃，反应30min；

2）加入质量分数分别为1%，3%，5%，7%，9%，11%硅烷偶联剂KH-560（质量分数相对于参加反应苯酚的质量，苯酚质量为190g，相对密度 1.0576 ），再以2℃/min的升温速率升温到95℃，反应50min；反应完成后迅速冷却；用6mol/L的盐酸中和pH为7左右。然后利用旋转蒸发仪减压蒸馏到黏度为4000-6000cp，即得改性酚醛树脂。

2、改性酚醛泡沫的制备

用塑料烧杯称取100 改性树脂，按一定质量比先后加入吐温-80：4ml、正戊烷：8-10ml、硫酸（50% wt)：3ml，迅速搅拌均匀，倒入模具中，放入70 ℃的电热恒温箱中发泡固化，即得改性酚醛泡沫。

实施例2 不同硅烷偶联剂KH-560含量对酚醛泡沫性能影响

1、压缩性测试

从压缩强度的变化表明，KH-560添加量为1%时，应力-应变曲线出现了一定提高，当KH-560添加量为5%时，应力-应变曲线增加明显，在KH-560添加量为7%时，压缩强度达到最大，相对于纯酚醛泡沫增加37%，当添加量为9%和11%时，应力-应变曲线开始下降。因为随着KH-560含量的增加压缩强度并没有增加，反而出现了下降的趋势。图1是不同KH-560添加量酚醛泡沫的应力-应变曲线。

2、冲击性能测试

冲击强度是评价材料的抗冲击能力或判断材料的脆性和韧性程度的一项重要参数。在酚醛泡沫材料的应用中，抗冲击性能决定了材料的使用寿命和应用领域。图2为不同含量KH-560改性酚醛泡沫冲击强度的变化情况。可以看出，偶联剂的添加能显著增加泡沫的抗冲击能力，在KH-560添加量为7%时，冲击强度达到最大值，相对于纯酚醛泡沫增加了68%。随着偶联剂加入量的继续增加，泡沫的冲击强度出现了下降的趋势，但仍然要高于纯酚醛泡沫的冲击强度。

3、氧指数测定

不同KH-560含量对酚醛泡沫氧指数的影响，从图3可以看出KH-560的加入使泡沫的热稳定性增加，加入偶联剂后酚醛泡沫的氧指数只是稍微增加，从39.6%增加到41%变化幅度不太显著。酚醛树脂在发泡固化过程中形成交联的蜂巢网状的结构，因为含有Si-O-C键硅的存在而使泡沫的阻燃性有所升高，上图数据显示当偶联剂含量7%时，酚醛泡沫的氧指数达到最大值41%。添加的KH-560作为改性剂保持了酚醛泡沫的高阻燃性。

4、纯酚醛泡沫和改性酚醛泡沫的SEM检测

为纯酚醛泡沫和改性酚醛泡沫的结构。从图4图a，b纯酚醛泡沫结构，可以看出泡沫的微观形态呈现为蜂窝状，泡孔直径大小不一，开孔率较高，而在图c、d中我们可以看出，KH-560的添加对泡沫的结构有较大影响，使泡孔具有良好的均匀性，泡孔的形状为近似六边形，泡孔直径在100μm左右，具有极高的闭孔率。实验证实了：硅烷偶联剂（KH-560）的结构很好的融入到了树脂中，在发泡过程中对泡孔的生成和生长产生影响，使泡沫具有良好的均一性和极好的闭孔率，这也解释了为什么泡沫具有优异的压缩性能和冲击性能等机械性能。

5、热稳定性测试

图5为不同添加量的KH-560改性酚醛泡沫的热失重分析曲线，如图所示改性酚醛泡沫的热失重曲线和纯酚醛泡沫热失重程度相近似，在370℃开始快速热重，在530℃时泡沫的残炭量基本不变，从放大图可以看出，改性泡沫的热失重曲线略低于纯酚醛泡沫，但变化不明显，说明改性酚醛泡沫基本上保持了高阻燃性和热稳定性。

6、粉化率测试

图6为不同含量KH-560对酚醛泡沫粉化率的影响，随着KH-560含量的增加, KH-560改性酚醛泡沫的粉化率呈现了线性下降。5 wt% KH-560酚醛泡沫展现最小粉化率(1.6%)。研究结果表明，添加KH-560能显著减少酚醛泡沫的脆性，而大大增加酚醛泡沫的韧性。KH-560改性酚醛泡沫的粉化率随着KH-560含量的增加显示了一个线性下降，达到一定量就基本保持不变。

7、改性酚醛泡沫密度测试

所得改性酚醛泡沫的密度为45±5 Kg/m³。

Claims

1.新型KH-560改性酚醛泡沫的制备方法，它包括：

3）按每100 ml改性酚醛树脂，先后加入吐温-80：4ml、正戊烷：8-10ml、50%硫酸：3ml，迅速搅拌均匀，倒入模具中，70 ℃发泡固化，即得改性酚醛泡沫。

2.根据权利要求1所述的新型KH-560改性酚醛泡沫的制备方法，其特征在于：所述的加入硅烷偶联剂KH-560质量分数为5%-9%。

3.根据权利要求2所述的新型KH-560改性酚醛泡沫的制备方法，其特征在于：所述的质量分数为7%。