CN104725773A - 一种三聚氰胺泡沫塑料及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种三聚氰胺泡沫塑料，为充分开孔的三维网格结构，所述的三维网格结构中网格的长径比为10～25；所述三聚氰胺泡沫塑料的开孔率大于97％；所述三聚氰胺泡沫塑料的表观密度范围为4～12kg·m-3；所述三聚氰胺泡沫塑料在温度为150℃的环境下工作不会发生变形分解。生产工艺中以三聚氰胺、多聚甲醛和甲醛溶液为原料；且原料三聚氰胺、多聚甲醛及甲醛溶液的摩尔比为1∶2.0～3.0∶1.0～2.0；采用微波发泡，生成高度开孔的三聚氰胺泡沫塑料。本发明提供的三聚氰胺泡沫塑料的生产工艺，生产工序简单、生产成本低、对环境污染小；本发明提供的三聚氰胺泡沫塑料的游离甲醛残留量不超过10ppm，非常安全环保。

Description

一种三聚氰胺泡沫塑料及其生产工艺
技术领域
本发明涉及高分子材料合成领域，尤其是涉及一种三聚氰胺泡沫塑料及其生产工艺。
背景技术
三聚氰胺泡沫塑料又称蜜胺泡沫塑料，外形类似聚氨酯海绵，很柔软，所以又叫三聚氰胺泡绵或者三聚氰胺海绵。三聚氰胺泡沫塑料具有优异的吸声性、阻燃性、耐热稳定性、卫生安全性及良好的二次加工性能，在建筑、交通、工业、车辆制造、声学工程、军事、日化、电子信息、航天航空航海、物体表面清洁去污等领域都具有广阔的应用前景。
现有的三聚氰胺泡沫塑料的生产工艺往往工序比较复杂，生产过程中往往会产生较多的废气，若直接排放至空气中的话，会对大气环境造成污染。此外，现有的生产工艺制备得到的三聚氰胺泡沫塑料中游离甲醛的含量也往往较高，无法作为环保、安全的材料使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种游离甲醛含量低、开孔率高、性能优越的三聚氰胺泡沫塑料；同时提供一种生产工艺简单、对环境污染小、能源利用率高的生产工艺。
本发明解决技术问题的技术方案是：本发明提供了一种三聚氰胺泡沫塑料，所述的三聚氰胺泡沫塑料为充分开孔的三维网格结构，所述的三维网格结构中网格的长径比为10～25；所述三聚氰胺泡沫塑料的开孔率大于97％；所述三聚氰胺泡沫塑料的表观密度范围为4～12kg·m-3；所述三聚氰胺泡沫塑料在温度范围为150℃的环境下工作不会发生变形分解；所述三聚氰胺泡沫塑料中游离甲醛的残留量不超过10ppm。
进一步地，所述三聚氰胺泡沫塑料的表观密度为8.5kg·m-3时，所述泡沫塑料的开孔率高达99％以上。
本发明提供了一种三聚氰胺泡沫塑料的生产工艺，所述的生产工艺主要包括以下步骤：
(1)将定量的多聚甲醛置于反应釜内，再加入一定量的甲醛溶液，加热反应釜直至反应釜内固体颗粒多聚甲醛完全溶解，加入适量的碱调整反应釜内的PH值为8.5～10；
(2)将定量的固体粉状三聚氰胺投入到上述步骤1的反应釜内，升高反应釜内的温度至70～80℃后，继续保温反应30～60分钟；
(3)将上述步骤2中的釜内物料冷却至室温后，用适量的酸调整反应釜内物料溶液的PH值为2.5～4.5；
(4)加热上述步骤3中的物料溶液，当温度升至70～80℃后，保温反应30～60分钟，通过测试物料的浊点来判断反应的终点；
(5)当上述步骤4中的反应到达终点时，立即加入适量的碱调节反应釜内的PH值为8.0～9.0，此时发泡所需的改性三聚氰胺树脂已准备好，待用；
(6)将定量的发泡剂、乳化剂和固化剂按一定地比例投入至搅拌釜中搅拌混合均匀后，待用；
(7)将上述步骤5中反应釜内待用的改性三聚氰胺树脂和上述步骤6中搅拌釜内待用的混合助剂按一定地比例泵入混炼乳化机中进行混合乳化；
(8)将上述步骤7中混炼乳化好的树脂置于微波加热炉腔内进行微波发泡，生成高度开孔的三聚氰胺泡沫塑料；
(9)将上述步骤8中得到的高度开孔的泡沫塑料用在线裁断机切割成一定长度的产品；
(10)将上述步骤9中得到的泡沫塑料产品置于泡沫烘箱中烘焙后，得到三聚氰胺泡沫塑料成品。
进一步地，所述的生产工艺中，原料三聚氰胺、多聚甲醛及甲醛溶液的摩尔比为1∶2.0～3.0∶1.0～2.0。
进一步地，所述的步骤7中，改性三聚氰胺树脂与混合助剂的投料摩尔比为10∶0.5～2.5。
进一步地，所述步骤6中的发泡剂为正戊烷、正己烷或石油醚中的一种或几种混合；乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚乙二醇醚或烷基三甲基铵盐中的其中一种或几种混合；固化剂为硫酸、盐酸、甲酸、乙酸或硝酸的其中一种或几种混合。
进一步地，所述生产工艺中用于调节PH值的碱为质量百分浓度为30～40％的氢氧化钠溶液或者三乙醇胺中的一种；用于调节PH值的酸为质量百分浓度为45％的硝酸溶液或质量百分浓度为30％的甲酸溶液中的一种。
进一步地，所述步骤8中的微波发泡炉为隧道式微波发泡炉，混炼乳化好的树脂经发泡炉输送装置连续通过加热炉腔进行微波发泡，生成高度开孔的泡沫塑料。
进一步地，所述步骤8中用于微波发泡的微波频率为2450MHz或者915MHz，微波发泡的生长时间为4～5分钟，微波炉发泡炉腔的温度为60～100℃。
进一步地，所述步骤8的微波发泡过程和步骤10的烘箱烘焙过程中产生的尾气经收集后引至热力焚烧炉中焚烧后，经引风机高空排放；所述的热力焚烧炉为所述的微波发泡炉和烘箱供热。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的三聚氰胺泡沫塑料的生产工艺，生产工序简单、生产成本低；生产中，将微波发泡过程和烘箱烘焙过程中产生的尾气经收集后引至热力焚烧炉中焚烧后，经引风机高空排放，同时热力焚烧炉可为微波发泡炉和烘箱供热，既保护了环境又充分利用了能源。本发明提供的三聚氰胺泡沫塑料的游离甲醛残留量不超过10ppm，非常安全环保；同时具有非常优异地吸音性、阻燃性、热稳定性、隔热保温性、卫生安全性和二次加工性能。
附图说明
图1为三聚氰胺泡沫塑料的电子显微镜图。
图2为本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
一种三聚氰胺泡沫塑料，所述的三聚氰胺泡沫塑料为充分开孔的三维网格结构，所述的三维网格结构中网格的长径比为10～25；所述三聚氰胺泡沫塑料的开孔率大于97％；所述三聚氰胺泡沫塑料的表观密度范围为4～12kg·m-3；所述三聚氰胺泡沫塑料在温度为150℃的环境下工作不会发生变形分解；所述三聚氰胺泡沫塑料中游离甲醛的残留量不超过10ppm。
所述的三聚氰胺泡沫塑料具有以下特点：
1、吸音性
三聚氰胺泡沫塑料是一个充分开孔的三维网格结构体系，网格的长径比10到25之间，开孔率达97％以上，表观密度为8.5kg·m-3的三聚氰胺泡沫塑料的开孔率高达99％以上。这使得声波能深入泡沫深层并被消耗和吸收掉，三聚氰胺泡沫塑料是优越的吸音材料。
2、阻燃性
三聚氰胺泡沫塑料无需添加阻燃剂，即具有很好的阻燃性能，只有在与明火接触情况下表面才开始燃烧，燃烧后释放出的氮气隔绝了氧气，减缓了燃烧的速度，同时在烧体的表面迅速形成致密的焦碳层而有效地阻滞燃烧向纵深发展，明火离开后自动熄灭。在不添加阻燃剂的情况下，三聚氰胺泡沫塑料可以达到德国DIN4102所规定的B1级低可燃性材料标准，美国保险协会UL94-VO级高阻燃材料标准并通过欧盟BS6853、NFF16-101、DIN5510防火认证以及达到我国GB\T8624—2012B1级阻燃标准。
3、热稳定性
三聚氰胺泡沫塑料属于热固性塑料，具有高度开孔率的三维网状结构，与聚乙烯、聚苯乙烯热等热塑性泡沫材料以及交联度较低的聚氨酯泡沫材料相比，具有较高的耐热稳定性和耐老化性。三聚氰胺泡沫塑料可以长期在150℃，短时间在180℃环境条件下工作不发生变形分解现象；只有在400℃以上的高温环境时才出现明显的变形分解现象。而聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯等泡沫塑料的工作环境温度不超过80℃，超过80℃以上时则发生变形分解现象。
4、隔热保温性
三聚氰胺泡沫塑料密度仅为4～12kg·m-3，其高达97％以上的开孔率和特殊的具有热稳定性的三维网格结构使空气的对流传热得到有效的阻滞，因而具有良好的隔热保温性，成为难以替代的新型轻质隔热保温材料。
5、卫生安全性
三聚氰胺泡沫塑料为三聚氰胺树脂经发泡和高温焙烘制成。极低的甲醛残留量游离(不超过10ppm)，良好的化学稳定性和特殊的网格结构，使三聚氰胺泡沫塑料无毒无味，卫生性可以达到食品卫生级要求，可以广泛地应用于日化行业特别是应用于物体表面清洁去污。
6、二次加工性
三聚氰胺泡沫塑料可以通过切、削、镟等机械加工方式加工成片材、异形材以及为满足吸声要求而将表面加工成锥形、楔形、柱状体、波浪体等异形吸声制品。片材可通过热压制成具有浮雕花纹的吸声天花板和卷材，同时表面强度也有所提高。三聚氰胺泡沫塑料还可方便地与金属、纺织品、无纺布等材料复合，生产系列化的吸声、保温、隔热产品，例如透明聚酯膜、镀铝聚酯膜等与三聚氰胺泡沫塑料复合制品，铝箔与三聚氰胺泡沫塑料复合制品，阻燃的粗纺装饰布及各种无纺布与三聚氰胺泡沫塑料复合制品等等，可满足不同场所和工况的多种需求。
实施例1
一种三聚氰胺泡沫塑料的生产工艺，主要包括以下步骤：
(1)将定量的多聚甲醛置于反应釜内，再加入一定量的甲醛溶液，加热反应釜直至反应釜内固体颗粒多聚甲醛完全溶解，加入适量的碱调整反应釜内的PH值为8.5～10；
(2)将定量的固体粉状三聚氰胺投入到上述步骤1的反应釜内，升高反应釜内的温度至70℃后，继续保温反应60分钟；
(3)将上述步骤2中的釜内物料冷却至室温后，用适量的酸调整反应釜内物料溶液的PH值为2.5～4.5；
(4)加热上述步骤3中的物料溶液，当温度升至70℃后，保温反应60分钟，通过测试物料的浊点来判断反应的终点；
(5)当上述步骤4中的反应到达终点时，立即加入适量的碱调节反应釜内的PH值为8.0～9.0，此时发泡所需的改性三聚氰胺树脂已准备好，待用；
(6)将定量的发泡剂、乳化剂和固化剂按一定地比例投入至搅拌釜中搅拌混合均匀后，待用；
(7)将上述步骤5中反应釜内待用的改性三聚氰胺树脂和上述步骤6中搅拌釜内待用的混合助剂按一定地比例泵入混炼乳化机中进行混合乳化；
(8)将上述步骤7中混炼乳化好的树脂置于微波加热炉腔内进行微波发泡，生成高度开孔的三聚氰胺泡沫塑料；
(9)将上述步骤8中得到的高度开孔的泡沫塑料用在线裁断机切割成一定长度的产品；
(10)将上述步骤9中得到的泡沫塑料产品置于泡沫烘箱中烘焙后，得到三聚氰胺泡沫塑料成品。
所述的生产工艺中，原料三聚氰胺、多聚甲醛及甲醛溶液的摩尔比为1∶2∶1。
所述的步骤7中，改性三聚氰胺树脂与混合助剂的投料摩尔比为10∶1。
所述步骤6中发泡剂为正戊烷；乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚；固化剂为硫酸。
所述的步骤1和步骤5中用于调整PH值的碱为质量百分浓度为30～40％的氢氧化钠溶液。
所述步骤3中用于调整PH的酸为质量百分浓度为45％的硝酸溶液。
所述步骤8中的微波发泡炉为隧道式微波发泡炉，将混炼乳化好的树脂均匀地布料在隧道式微波发泡炉的前端，随发泡炉输送装置连续经过微波炉微波加热炉腔，生成高度开孔的泡沫塑料。
所述步骤8中用于微波发泡的微波炉的微波频率2450MHz，微波发泡的生长时间为4分钟，微波炉发泡炉腔温度为90～100℃。
所述步骤8的微波发泡过程和步骤10的烘箱烘焙过程中产生的尾气经收集后引至热力焚烧炉中焚烧后，经引风机高空排放；所述的热力焚烧炉为所述的微波发泡炉和烘箱供热。
实施例2
一种三聚氰胺泡沫塑料的生产工艺，主要包括以下步骤：
(1)将定量的多聚甲醛置于反应釜内，再加入一定量的甲醛溶液，加热反应釜直至反应釜内固体颗粒多聚甲醛完全溶解，加入适量的碱调整反应釜内的PH值为8.5～10；
(2)将定量的固体粉状三聚氰胺投入到上述步骤1的反应釜内，升高反应釜内的温度至75℃后，继续保温反应45分钟；
(3)将上述步骤2中的釜内物料冷却至室温后，用适量的酸调整反应釜内物料溶液的PH值为2.5～4.5；
(4)加热上述步骤3中的物料溶液，当温度升至75℃后，保温反应45分钟，通过测试物料的浊点来判断反应的终点；
(5)当上述步骤4中的反应到达终点时，立即加入适量的碱调节反应釜内的PH值为8.0～9.0，此时发泡所需的改性三聚氰胺树脂已准备好，待用；
(6)将定量的发泡剂、乳化剂和固化剂按一定地比例投入至搅拌釜中搅拌混合均匀后，待用；
(7)将上述步骤5中反应釜内待用的改性三聚氰胺树脂和上述步骤6中搅拌釜内待用的混合助剂按一定地比例泵入混炼乳化机中进行混合乳化；
(8)将上述步骤7中混炼乳化好的树脂置于微波加热炉腔内进行微波发泡，生成高度开孔的三聚氰胺泡沫塑料；
(9)将上述步骤8中得到的高度开孔的泡沫塑料用在线裁断机切割成一定长度的产品；
(10)将上述步骤9中得到的泡沫塑料产品置于泡沫烘箱中烘焙后，得到三聚氰胺泡沫塑料成品。
所述的生产工艺中，原料三聚氰胺、多聚甲醛及甲醛溶液的摩尔比为1∶2.5∶1.5。
所述的步骤7中，改性三聚氰胺树脂与混合助剂的投料摩尔比为10∶1.3。
所述步骤6中发泡剂为正戊烷；乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚；固化剂为甲酸。
所述的步骤1和步骤5中用于调整PH值的碱为质量百分浓度为30～40％的氢氧化钠溶液。
所述步骤3中用于调整PH的酸为质量百分浓度为45％的硝酸溶液。
所述步骤8中的微波发泡炉为隧道式微波发泡炉，将混炼乳化好的树脂均匀地布料在隧道式微波发泡炉的前端，随发泡炉输送装置连续经过微波炉微波加热炉腔，生成高度开孔的泡沫塑料。
所述步骤8中用于微波发泡的微波炉的微波频率2450MHz，微波发泡的生长时间为4.5分钟，微波炉发泡炉腔温度为75～90℃。
所述步骤8的微波发泡过程和步骤10的烘箱烘焙过程中产生的尾气经收集后引至热力焚烧炉中焚烧后，经引风机高空排放；所述的热力焚烧炉为所述的微波发泡炉和烘箱供热。
实施例3
一种三聚氰胺泡沫塑料的生产工艺，主要包括以下步骤：
(1)将定量的多聚甲醛置于反应釜内，再加入一定量的甲醛溶液，加热反应釜直至反应釜内固体颗粒多聚甲醛完全溶解，加入适量的碱调整反应釜内的PH值为8.5～10；
(2)将定量的固体粉状三聚氰胺投入到上述步骤1的反应釜内，升高反应釜内的温度至80℃后，继续保温反应30分钟；
(3)将上述步骤2中的釜内物料冷却至室温后，用适量的酸调整反应釜内物料溶液的PH值为2.5～4.5；
(4)加热上述步骤3中的物料溶液，当温度升至80℃后，保温反应30分钟，通过测试物料的浊点来判断反应的终点；
(5)当上述步骤4中的反应到达终点时，立即加入适量的碱调节反应釜内的PH值为8.0～9.0，此时发泡所需的改性三聚氰胺树脂已准备好，待用；
(6)将定量的发泡剂、乳化剂和固化剂按一定地比例投入至搅拌釜中搅拌混合均匀后，待用；
(7)将上述步骤5中反应釜内待用的改性三聚氰胺树脂和上述步骤6中搅拌釜内待用的混合助剂按一定地比例泵入混炼乳化机中进行混合乳化；
(8)将上述步骤7中混炼乳化好的树脂置于微波加热炉腔内进行微波发泡，生成高度开孔的三聚氰胺泡沫塑料；
(9)将上述步骤8中得到的高度开孔的泡沫塑料用在线裁断机切割成一定长度的产品；
(10)将上述步骤9中得到的泡沫塑料产品置于泡沫烘箱中烘焙后，得到三聚氰胺泡沫塑料成品。
所述的生产工艺中，原料三聚氰胺、多聚甲醛及甲醛溶液的摩尔比为1∶3∶2。
所述的步骤7中，改性三聚氰胺树脂与混合助剂的投料摩尔比为4∶1。
所述步骤6中发泡剂为正戊烷；乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚；固化剂为乙酸。
所述的步骤1和步骤5中用于调整PH值的碱为三乙醇胺。
所述步骤3中用于调整PH的酸为质量百分浓度为30％的甲酸溶液。
所述步骤8中的微波发泡炉为隧道式微波发泡炉，将混炼乳化好的树脂均匀地布料在隧道式微波发泡炉的前端，随发泡炉输送装置连续经过微波炉微波加热炉腔，生成高度开孔的泡沫塑料。
所述步骤8中用于微波发泡的微波炉的微波频率2450MHz，微波发泡的生长时间为5分钟，微波炉发泡炉腔温度为60～75℃。
所述步骤8的微波发泡过程和步骤10的烘箱烘焙过程中产生的尾气经收集后引至热力焚烧炉中焚烧后，经引风机高空排放；所述的热力焚烧炉为所述的微波发泡炉和烘箱供热。
上述实施例中得到的三聚氰胺泡沫塑料的性能参数见下表：

Claims (10)

1.一种三聚氰胺泡沫塑料，其特征在于：所述的三聚氰胺泡沫塑料为充分开孔的三维网格结构，所述的三维网格结构中网格的长径比为10～25；所述三聚氰胺泡沫塑料的开孔率大于97％；所述三聚氰胺泡沫塑料的表观密度范围为4～12kg·m-3；所述三聚氰胺泡沫塑料在温度为150℃的环境下工作不会发生变形分解；所述三聚氰胺泡沫塑料中游离甲醛的残留量不超过10ppm。
2.如权利要求1所述的三聚氰胺泡沫塑料，其特征在于：所述三聚氰胺泡沫塑料的表观密度为8.5kg·m-3时，所述泡沫塑料的开孔率高达99％以上。
3.一种如权利要求1所述的三聚氰胺泡沫塑料的生产工艺，其特征在于：所述的生产工艺主要包括以下步骤：
(1)将定量的多聚甲醛置于反应釜内，再加入一定量的甲醛溶液，加热反应釜直至反应釜内固体颗粒多聚甲醛完全溶解，加入适量的碱调整反应釜内的PH值为8.5～10；
(2)将定量的固体粉状三聚氰胺投入到上述步骤1的反应釜内，升高反应釜内的温度至70～80℃后，继续保温反应30～60分钟；
(3)将上述步骤2中的釜内物料冷却至室温后，用适量的酸调整反应釜内物料溶液的PH值为2.5～4.5；
(4)加热上述步骤3中的物料溶液，当温度升至70～80℃后，保温反应30～60分钟，通过测试物料的浊点来判断反应的终点；
(5)当上述步骤4中的反应到达终点时，立即加入适量的碱调节反应釜内的PH值为8.0～9.0，此时发泡所需的改性三聚氰胺树脂已准备好，待用；
(6)将定量的发泡剂、乳化剂和固化剂按一定地比例投入至搅拌釜中搅拌混合均匀后，待用；
(7)将上述步骤5中反应釜内待用的改性三聚氰胺树脂和上述步骤6中搅拌釜内待用的混合助剂按一定地比例泵入混炼乳化机中进行混合乳化；
(8)将上述步骤7中混炼乳化好的树脂置于微波加热炉腔内进行微波发泡，生成高度开孔的三聚氰胺泡沫塑料；
(9)将上述步骤8中得到的高度开孔的泡沫塑料用在线裁断机切割成一定长度的产品；
(10)将上述步骤9中得到的泡沫塑料产品置于泡沫烘箱中烘焙后，得到三聚氰胺泡沫塑料成品。
4.如权利要求3所述的一种三聚氰胺泡沫塑料的生产工艺，其特征在于：所述的生产工艺中，原料三聚氰胺、多聚甲醛及甲醛溶液的摩尔比为1∶2.0～3.0∶1.0～2.0。
5.如权利要求3或4所述的一种三聚氰胺泡沫塑料的生产工艺，其特征在于：所述的步骤7中，改性三聚氰胺树脂与混合助剂的投料摩尔比为10∶0.5～2.5。
6.如权利要求3或4所述的一种三聚氰胺泡沫塑料的生产工艺，其特征在于：所述步骤6中的发泡剂为正戊烷、正己烷或石油醚中的一种或几种混合；乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚乙二醇醚或烷基三甲基铵盐中的其中一种或几种混合；固化剂为硫酸、盐酸、甲酸、乙酸或硝酸的其中一种或几种混合。
7.如权利要求3所述的一种三聚氰胺泡沫塑料的生产工艺，其特征在于：所述生产工艺中用于调节PH值的碱为质量百分浓度为30～40％的氢氧化钠溶液或者三乙醇胺中的一种；用于调节PH值的酸为质量百分浓度为45％的硝酸溶液或质量百分浓度为30％的甲酸溶液中的一种。
8.如权利要求3所述的一种三聚氰胺泡沫塑料的生产工艺，其特征在于：所述步骤8中的微波发泡炉为隧道式微波发泡炉，混炼乳化好的树脂经发泡炉输送装置连续通过加热炉腔进行微波发泡，生成高度开孔的泡沫塑料。
9.如权利要求3或8所述的一种三聚氰胺泡沫塑料的生产工艺，其特征在于：所述步骤8中用于微波发泡的微波频率为2450MHz或者915MHz，微波发泡的生长时间为4～5分钟，微波炉发泡炉腔的温度为60～100℃。
10.如权利要求3所述的一种三聚氰胺泡沫塑料的生产工艺，其特征在于：所述步骤8的微波发泡过程和步骤10的烘箱烘焙过程中产生的尾气经收集后引至热力焚烧炉中焚烧后，经引风机高空排放；所述的热力焚烧炉为所述的微波发泡炉和烘箱供热。
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