CN104151772A

CN104151772A - 一种纤维增强酚醛保温材料的制备方法

Info

Publication number: CN104151772A
Application number: CN201410416377.5A
Authority: CN
Inventors: 魏丽乔; 郭睿劼; 赵宇航; 王慧芳; 牛宝龙; 晏泓
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Feimusheng (Shanxi) material technology Co.,Ltd.
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2034-08-22
Also published as: CN104151772B

Abstract

一种纤维增强酚醛保温材料的制备方法，其所述方法是将甲阶酚醛树脂与增强纤维搅拌混合，使得增强纤维均匀分散在酚醛树脂中；然后依次加入表面活性剂吐温-80和发泡剂正戊烷进行搅拌；最后加入固化剂快速搅拌均匀后充模，发泡固化后脱模，冷却，即获得纤维增强酚醛保温材料。本方法通过调整固化剂的比例和浓度以及增强纤维的用量，使得酚醛保温材料的孔径分布均匀，力学性能高，固化时间短，原料价格便宜，制备方法简单，不仅可以有效地增强酚醛保温材料的力学性能，而且节约了生产成本。

Description

一种纤维增强酚醛保温材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种纤维增强酚醛保温材料的制备方法，更具体说是通过调整固化剂和增强纤维的配方来实现对酚醛保温材料进行增强的一种制备方法。

背景技术

近年来，建筑物火灾事故时有发生，比如11.15上海静安区的大火就引发了人们对火灾事故的广泛关注。造成火灾的原因是多方面的，其中一个重要的原因是建筑物中使用的保温材料不达标。保温材料是建筑物中用于控制室内热量外流的材料，通常分为两类：无机保温材料和有机保温材料。无机保温材料因其容重大，保温效率低，因此难以满足实际的应用要求，而有机保温材料如聚氨酯泡沫、聚苯板等，由于其重量轻，保温性能好得到广泛的应用，但是阻燃性差，存在安全隐患，一旦发生火灾会造成重大的人员伤亡和财产损失，因此，必须选择合适的保温材料。

酚醛保温材料属有机保温材料，是国际上公认的建筑行列中最有发展前途的一种新型保温材料，它不仅兼有保温隔热性好耐热阻燃性好的优点，而且其尺寸稳定性好，低烟低毒，是发展最快的保温材料，享有“保温之王”的美誉，具有广阔的市场前景。

上世纪90年代，酚醛保温材料就得到西方发达国家的重视并应用于众多领域，如国防军工、航天航空、体育设施、医院、高层建筑等方面。在酚醛保温材料没有得到广泛应用之前，聚苯乙烯、聚氨酯保温材料一直受到青睐，但其易燃性一直被人们诟病，并引起了很多不良的后果，因此很多国家已经在一些领域禁止使用或限制使用这些材料，如在英国和德国，如将聚苯乙烯保温材料用作墙体保温，则必须有建筑物高度的限制。

我国在酚醛保温材料应用方面起步晚，但是近年来取得了长足的进步，酚醛保温材料在水立方、北京地铁等高档公共建筑施工中均得到运用，但是应用领域还极为有限，在化工、制冷、船舶、运输、高层建筑等最适合酚醛保温材料使用的地方还未得到广泛重视。一些西方国家明令禁止的保温材料还在我国被广泛应用，火灾的悲剧才会发生，因此，如何将酚醛保温材料进行推广和应用是研究者们必须解决的问题。

酚醛保温材料未得到广泛应用的原因有很多，其中两个重要的原因是其力学性能差和价格高。酚醛保温材料的力学性能差是其致命的缺陷，这在一定程度上限制了它的应用，目前研究者们正进行大量研究进行技术攻关。而就目前市场来看，一些经过增强后的酚醛保温材料虽然取得较高的力学性能但是价格又较高（1500～2000元/m³），只在一些高档场所得到使用，并没有得到广泛的推广。

公开号为CN102807731A公开了“一种酚醛纤维改性的酚醛泡沫的制备方法”，该方法通过在酚醛泡沫中填充酚醛纤维来实现对保温材料的改性。该方法提到填充酚醛纤维后保温材料遇火不影响泡沫体的尺寸稳定性，而使用普通纤维则影响较大，而其阐述中并未就酚醛纤维对泡沫体尺寸稳定性的有利影响进行对比；加入酚醛纤维后酚醛保温材料的韧性，力学性能也未做讨论；该发明中使用3～25份的酚醛纤维和15～25份的固化剂，加入量较多，在一定程度上增加了成本。

公开号为CN103435970A公开了“一种用于墙体保温的改性酚醛泡沫及其制备方法”，该方法采用有机材料改性、无机材料穿插复合工艺，制备了改性酚醛泡沫材料。该发明中得到的酚醛保温材料密度为30～80kg/m³，其抗压强度为0.11～0.16MPa，在密度较低时尚具有较高的强度，但是密度的增加并未得到较高强度的材料，这样不仅增加了保温材料的质量，对施工造成影响，较低的强度也限制了它的寿命；该发明中将酚醛树脂与其他原料混合后浇注到生产线上在18～95℃下需要保温2～12h，保温温度较高，且保温时间长，增加了生产的成本。

公开号为CN103194003A公开了“一种低酸性酚醛泡沫及其制备方法”，该方法通过提升发泡温度，从而降低了固化剂的用量，得到了低酸性的酚醛泡沫。该发明中酸固化剂质量百分比浓度较高，为60%～80%，在混合过程中会导致局部反应较快，使得原料难以混合均匀，对酚醛泡沫的其它性能造成影响；该发明中固化温度高（90～130℃），一定程度上增加了成本；该发明中酚醛保温材料的PH由原来的2～3增加到4左右，虽然有一定的提升，但效果并不明显，而且发明中未提及酚醛保温材料的其他性能如何，如力学性能等，因此存在较多不足。

发明内容

本发明要解决的具体技术问题是进一步提高酚醛保温材料的强度力学性能，降低成本，其目的是提供一种纤维增强酚醛保温材料的制备方法。

本发明上述目的所采取的技术方案如下。

一种纤维增强酚醛保温材料的制备方法，其制备方法所采用的原料组成及其含量按质量比为：甲阶酚醛树脂:增强纤维:表面活性剂吐温-80:发泡剂正戊烷:固化剂=100 : 0～8 : 3～5 : 7～10 : 12～18；其所述制备方法是先将甲阶酚醛树脂与增强纤维混合，以1000转/分搅拌1h，使得增强纤维均匀分散在酚醛树脂中；然后依次加入表面活性剂吐温-80和发泡剂正戊烷，以1000转/分搅拌5min；最后加入固化剂，以 1500转/分进行快速搅拌，2min后充模，在50℃～70℃下发泡固化，30min后脱模，冷却，即获得纤维增强酚醛保温材料。

上述技术方案进一步的附加技术特征方案如下。

所述甲阶酚醛树脂的粘度为3000～4000CP(25℃)，含水量为14～17%，固含量为75～78%，游离醛为0～1.4%，游离酚为5.0～7.5，PH为6.5～7.5。

所述增强纤维的制备方法是将1～5mm长的黄麻或剑麻与15～20mm长的竹纤维，按质量比为黄麻或剑麻:竹纤维=1 : 0～1 : 5进行混合后水洗，并在70℃下进行超声波处理5h，取出后用去离子水冲洗，然后加入到按质量比为油酸:乙醇=1 : 10～1 : 40的混合溶液中，在50℃下以500转/分进行搅拌，最后在50℃的干燥箱中烘12h，获得增强纤维。

所述固化剂是由对甲苯磺酸和硫酸按质量比为0:1～1:0、质量百分比浓度为40～50%进行任意混合而构成。

实现本发明上述所提供的一种纤维增强酚醛保温材料的制备方法，解决了现有技术中存在的力学性能与成本两者之间的矛盾。其中所使用的增强纤维是短纤维和长纤维的混合物。短纤维可以改善保温材料的泡孔结构，增强保温材料的强度；长纤维则在保温材料受弯曲或冲击时增加应力承受，从而提升保温材料的韧性。

在本发明中，所使用的黄麻、剑麻、竹纤维均为天然纤维，可以100%进行生物降解和回收，对环境无害，价格便宜，而且具有较高的强度，且耐酸碱腐蚀，非常适合作为增强材料对聚合物进行改性。

在本发明中，对纤维进行处理得到了增强纤维，处理方法为采用油酸进行处理，因为油酸具有较大的烷烃基团，有利于提高纤维的疏水性，提高了增强纤维与保温材料的相容性，从而使得保温材料与增强纤维之间具有较高的界面结合力，而增强纤维也具有较高的强度，在保温材料受力时，这些因素导致保温材料可以承受更大的应力而不致失效，进一步提高了保温材料的力学性能。

本发明操作简单，所生产的产品具有低表观密度，高的力学强度，能够有效地改善酚醛保温材料脆性大的缺陷。本发明在添加剂用量少、固化剂浓度较低的情况下，取得了较好的力学性能，且酚醛保温材料泡孔细小且分布均匀；相比于其他的酚醛保温材料，本发明使用的添加剂量少、固化剂浓度低、原料价格相对便宜、固化温度低、固化时间短，因此成本较低，在200-500元/m³之间，是一种简单易行的高强度酚醛保温材料。

附图说明

图1是添加本发明所配固化剂制得的酚醛保温材料的显微图。

图中：a为放大40倍；a′为放大100倍。

图2是添加现有固化剂制得的酚醛保温材料的显微图。

图中：d为放大40倍；d′为放大100倍。

图3是添加现有固化剂制得的酚醛保温材料的显微图。

图中：e为放大40倍；e′为放大100倍。

图4是本发明实施例1，2，3与对比实施例1，2的表观密度对比图。

图中：直线为酚醛保温材料标准要求的表观密度的最大值。

图5是本发明实施例1，2，3与对比实施例1，2的压缩强度对比图。

图中：直线为酚醛保温材料标准要求的压缩强度的最小值。

图6是本发明实施例1，2，3与对比实施例1，2的弯曲断裂力对比图。

图中：直线为酚醛保温材料标准要求的弯曲断裂力的最小值。

附图1、2、3分别是添加本发明配制的固化剂、现有固化剂、现有固化剂制得的酚醛保温材料的显微图。从图中可以看出，采用固化剂制得的酚醛保温材料a、a′的泡孔尺寸小且分布均匀，而采用固化剂制得的酚醛保温材料d、d′的泡孔大小分布不均匀，且局部有大尺寸孔，在小孔中间也夹杂有大孔，采用固化剂制得的酚醛保温材料e、e′泡孔细小，但是有一簇大孔夹杂在小孔中间。而泡孔的大小和分布的均匀性直接影响泡孔的力学性能，可以看出，采用本发明的固化剂可以得到泡孔尺寸小且泡孔分布均匀的保温材料，力学性能也得到提升，其中，相比于固化剂和，固化剂制得的保温材料的压缩强度分别提升了50%和29%，而弯曲断裂力分别提升了71%和100%。

附图4-6分别是本发明实施例1，2，3和对比实施例1，2与酚醛保温材料标准要求的表观密度、压缩强度、弯曲断裂力对比图。图中直线为酚醛保温材料的标准要求值。从图中可以看出，本发明制备的保温材料低于标准要求60 kg/m³，而压缩强度和弯曲断裂力均高于标准要求值；相比于对比实施例，本发明的酚醛保温材料在保证表观密度较小的情况下使得压缩强度和弯曲断裂力均达到了较高值。这说明本发明采用的增强方法得到了高强度的酚醛保温材料，而且操作工艺简单，原料价格便宜，解决了强度与成本两者之间的矛盾。

具体实施方式

实施本发明上述所提供的一种纤维增强酚醛保温材料的制备方法的具体实施方式进一步说明如下，但本发明并不局限于此。下述实施例中“wt%”表示质量百分比浓度，实施例中使用的现有固化剂分别来自公司：固化剂为濮阳蔚林化工股份有限公司生产，固化剂为山西瑞隆建筑保温材料有限公司生产。

实施例中得到的酚醛保温材料按照下列方法进行检测：

1、表观密度的测定

根据GB/T 6343-1995所述方法进行测定。

2、压缩强度的测定

根据GB/T 8813-2008所述方法进行测定。

3、弯曲强度的测定

根据GB/T 8812.2-2007所述方法进行测定。

酚醛保温材料的标准性能指标如表1所示：

表1 酚醛保温材料的标准性能指标

表观密度（kg/m³）	压缩强度（MPa）	弯曲断裂力（N）
			≤60	≥0.1	≥10

实施例1

将100份的甲阶酚醛树脂与4份吐温-80、7份正戊烷混合，在电动搅拌器下以1000转/分搅拌5min，然后加入由12份40 wt%硫酸和6份50 wt%的对甲苯磺酸组成的固化剂，以 1500转/分进行快速搅拌，2min后快速将混合物充模，在70℃下进行发泡固化，30min后脱模，冷却，即得到酚醛保温材料A。

保温材料A的表观密度为37.13kg/m³，压缩强度为0.18MPa，弯曲断裂力为12N。

实施例2

将100份的甲阶酚醛树脂与3%的增强纤维（由长度为2mm的剑麻与18mm的竹纤维的质量比为1:2组成）混合，以1000转/分的转速搅拌1h，然后依次加入3份吐温-80，9份正戊烷，以1000转/分搅拌5min后，加入由6份40 wt%硫酸和10份50 wt%的对甲苯磺酸混合而成的固化剂，以 1500转/分进行快速搅拌，2min后快速将混合物充模，在60℃下进行发泡固化，30min后脱模，冷却，即得到酚醛保温材料B。

保温材料B的表观密度为49.72kg/m³，压缩强度为0.30MPa，弯曲断裂力为21N。

实施例3

将100份的甲阶酚醛树脂与6%的增强纤维（由长度为5mm的黄麻与长度为15mm的竹纤维的质量比为1:4组成）混合，以1000转/分的转速搅拌1h，然后依次加入5份吐温-80，10份正戊烷，以1000转/分搅拌5min后，加入由8份50 wt%硫酸和8份50 wt%的对甲苯磺酸混合而成的固化剂，以 1500转/分进行快速搅拌，2min后快速将混合物充模，在60℃下进行发泡固化，30min后脱模，冷却，即得到酚醛保温材料C。

保温材料C的表观密度为54.13kg/m³，压缩强度为0.35MPa，弯曲断裂力为28N。

对比实施例1

将100份的甲阶酚醛树脂与4份吐温-80、7份正戊烷混合，在电动搅拌器下以1000转/分搅拌5min，然后加入18份的固化剂，以 1500转/分进行快速搅拌，2min后快速将混合物充模，在70℃下进行发泡固化，30min后脱模，冷却，即得到酚醛保温材料D。

保温材料D的表观密度为32.21kg/m³，压缩强度为0.12MPa，弯曲断裂力为7N。

对比实施例2

将100份的甲阶酚醛树脂与4份吐温-80、7份正戊烷混合，在电动搅拌器下以1000转/分搅拌5min，然后加入18份的固化剂，以 1500转/分进行快速搅拌，2min后快速将混合物充模，在70℃下进行发泡固化，30min后脱模，冷却，即得到酚醛保温材料E。

保温材料E的表观密度为34.11kg/m³，压缩强度为0.14MPa，弯曲断裂力为6N。

Claims

1.一种纤维增强酚醛保温材料的制备方法，其制备方法所采用的原料组成及其含量按质量比为：甲阶酚醛树脂:增强纤维:表面活性剂吐温-80:发泡剂正戊烷:固化剂=100 : 0～8 : 3～5 : 7～10 : 12～18；其所述制备方法是先将甲阶酚醛树脂与增强纤维混合，以1000转/分搅拌1h，使得增强纤维均匀分散在酚醛树脂中；然后依次加入表面活性剂吐温-80和发泡剂正戊烷，以1000转/分搅拌5min；最后加入固化剂，以 1500转/分进行快速搅拌，2min后充模，在50℃～70℃下发泡固化，30min后脱模，冷却，即获得纤维增强酚醛保温材料。

2.如权利要求书1所述的制备方法，其所述甲阶酚醛树脂的粘度为3000～4000CP(25℃)，含水量为14～17%，固含量为75～78%，游离醛为0～1.4%，游离酚为5.0～7.5，PH为6.5～7.5。

3.如权利要求书1所述的制备方法，其所述增强纤维的制备方法是将1～5mm长的黄麻或剑麻与15～20mm长的竹纤维，按质量比为黄麻或剑麻:竹纤维=1 : 0～1 : 5进行混合后水洗，并在70℃下进行超声波处理5h，取出后用去离子水冲洗，然后加入到按质量比为油酸:乙醇=1 : 10～1 : 40的混合溶液中，在50℃下以500转/分进行搅拌，最后在50℃的干燥箱中烘12h，获得增强纤维。

4.如权利要求书1所述的制备方法，其所述固化剂是由对甲苯磺酸和硫酸按质量比为0:1～1:0、质量百分比浓度为40～50%进行任意混合而构成。