CN105367990A - 一种基于酚醛空心微球的保温防火材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种基于酚醛空心微球的保温防火材料及其制备方法，所述保温防火材料由以下重量比的原料组成，液态热固性酚醛树脂为45-60wt％，酚醛空心微球为5-20wt％，轻质填料为5-20wt％，阻燃剂为5-15wt％，所有组分质量百分比之和为100wt％，其中，所述酚醛空心微球为直径0.1-500um、堆积密度为50-200kg/m³球形闭孔酚醛空心微球。本发明还包括基于酚醛空心微球的保温防火材料的制备方法。本发明产品具有泡沫强度大、韧性好、导电系数低、泡孔均匀、残留酸性小甚至呈中性、绿色环保、防火等级高等优点，且制备成型工艺简单。

Description

一种基于酚醛空心微球的保温防火材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种保温材料及其制备方法，具体涉及一种基于酚醛空心微球的保温防火材料及其制备方法。

背景技术

20世纪70年代，随着世界性能源危机的爆发，外墙保温材料开始广泛应用于公共与民用建筑节能领域。当今常用的墙体保温材料主要分为无机和有机两类，其中，无机材料如矿岩棉、玻璃棉、泡沫玻璃、微孔硅酸钙、憎水珍珠岩等，防火性能虽好，但导热系数较大，保温效果不理想，难以满足节能标准要求；有机材料如EPS、XPS和PU板等，质量轻，保温、隔热效果虽好，但防火安全性差，易老化、易燃烧，给建筑带来很大的安全隐患。近些年来，随着建筑火灾重大事故的频频发生，给人们带来了巨大的经济损失和人员伤亡，国家对建筑节能以及防火的重视与日俱增。然而纵观市场，外墙外保温系统中约80％的主体保温材料为有机可燃材料，仍无法做到节能与防火兼备，难以做到两全。随着国家政策逐步的颁布和实施，保温和防火兼具的产品将是未来外墙保温市场不可逆转的发展趋势。

当前，市场上尚无一种较为理想的外墙保温材料，可同时满足导热系数低、防火性能好、低成本、长寿命的要求。相对而言，酚醛微孔材料是一种综合性能较为优良的新型环保保温材料，具有热导率低、防火性能优异的特性。与聚氨酯、聚苯乙烯、橡塑泡沫等有机泡沫塑料相比，酚醛泡沫质轻、吸水率小、导热系数低，耐高温、难燃、耐火焰穿透、遇火即炭化且无滴落、火焰蔓延速率小、产烟毒性在准安全三级以上，安全、环境友好。随着酚醛泡沫行业以及建筑节能领域的不断进步发展，酚醛泡沫本身优异的性质决定了其将在建筑节能领域将会有非常广阔的发展前景，酚醛保温板在外墙保温系统的应用将必定会越来越广。然而目前现有的酚醛泡沫保温材料是以A阶酚醛树脂和阻燃剂、抑烟剂、固化剂、发泡剂及其它助剂等多种物质制成的闭孔型硬质泡沫塑料，由于其本身的结构和工艺特征，酚醛泡沫塑料生产过程中存在以下问题：(1)体系粘度大、物料转移困难；(2)使用低沸点烷烃及卤代烃作为发泡剂，对环境危害较大；(3)一次发泡成型，成型过程受温度、配比、时间等多因素影响，工艺控制复杂，泡孔难以分布均匀，闭孔率较低，影响导热性能；(4)泡沫体韧性、强度低，掉渣率高；(5)树脂发方量小，泡沫成本明显比聚苯乙烯泡沫成本高，上述问题已成为酚醛泡沫保温板材推广应用的瓶颈。

针对酚醛保温板材存在的工艺和性能缺陷，现有技术大部分采用添加流动性改性剂、优化发泡剂、优化固化剂、对酚醛树脂进行增韧改性、添加增强增韧填料、在酚醛保温板材表面增加护面剂等技术措施来克服以上问题。然而这些技术手段只是在一定程度上改进了酚醛微孔泡沫的工艺和性能，并没有从根本上解决问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有成型工艺简单、泡沫强度大、韧性好、导热系数低，泡孔均匀、残留酸性小甚至呈中性、绿色环保、防火等级高的基于酚醛空心微球结构的保温防火材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种基于酚醛空心微球的保温防火材料，由以下重量比的原料组成，液态热固性酚醛树脂为45-60wt％，酚醛空心微球为5-20wt％，轻质填料为5-20wt％，阻燃剂为5-15wt％，所有组分质量百分比之和为100wt％，其中，所述酚醛空心微球为直径0.1-500um、堆积密度为50-200kg/m³球形闭孔酚醛空心微球。

进一步，所述液态热固性酚醛树脂为纯的热固性酚醛树脂或热塑性树脂、橡胶、植物油增韧改性的热固性酚醛树脂。

进一步，所述热塑性树脂为聚醚、聚酰胺、聚氨酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸酯中的一种或多种的混合物。

进一步，所述橡胶为丁腈橡胶、丁苯橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶中的一种或多种的混合物。

进一步，所述植物油为腰果壳油或/和桐油。

进一步，所述酚醛空心微球为直径50-500um、堆积密度为50-100kg/m³球形闭孔酚醛空心微球。

进一步，所述轻质填料为膨胀珍珠岩、膨胀膨润土、气相二氧化硅、膨胀蛭石、陶粒中的一种或多种的混合物。

进一步，所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、聚磷酸铵、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三二甲苯酯、丙苯系磷酸酯、丁苯系磷酸酯中的一种或多种的混合物。

本发明进一步解决其技术问题采用的技术方案是，一种基于酚醛空心微球的保温防火材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将热固性酚醛树脂、酚醛空心微球、轻质填料和阻燃剂按照配比混合，搅拌均匀；

(2)将混合物装入钢制模具，在压缩比为1.1-2.5、成型温度为120-180℃条件下热压成型，保压时间为2-4h，即得基于酚醛空心微球的保温防火材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

(1)利用酚醛空心微球原料直接在复合材料中引入空心闭孔结构，泡孔分布均匀，闭孔率可达到100％，且模压成型工艺简单。

(2)一方面引入强度较高的酚醛空心微球，另一方面引入热塑性树脂、橡胶和植物油等增韧改性酚醛，制备的新型保温防火材料具有极低的导电系数，高强度，高韧性；且引入的酚醛空心微球，在燃烧过程中可以炭化成为炭球，进一步提高复合材料的防火性能。

(3)不使用发泡剂，绿色环保。

综上，本发明考虑到酚醛泡沫板材保温性能主要来自于其内部结构中大量的闭孔结构，采用了与传统酚醛泡沫保温材料一次性成型闭孔结构的完全不同的技术思路，即将具有闭孔结构的酚醛空心微球作为填料加入液态热固性酚醛树脂中固化成型，使之本发明产品具有泡沫强度大、韧性好、导电系数低、泡孔均匀、残留酸性小甚至呈中性、绿色环保、防火等级高等优点，且制备成型工艺简单。

实践证明，本发明之基于酚醛空心微球的保温防火材料导热系数可达0.035-0.048W/(m·K)，抗压强度为1.8-2.6Mpa，抗折强度为1.5-2.3Mpa，表观密度为223-245kg/m³，防火等级为B1级。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步加以说明。

实施例1

(1)选择液态热固性酚醛树脂，选择直径分布在100-500um，堆积密度为63.5kg/m³的球形闭孔酚醛空心微球，选择膨胀珍珠岩作为轻质填料，选择磷酸三苯酯作为阻燃剂；

(2)将液态热固性酚醛树脂50wt％、酚醛空心微球20wt％、膨胀珍珠岩15wt％和磷酸三苯酯15wt％混合，搅拌均匀，装入钢制模具；在压缩比为1.2、成型温度为150℃条件下热压成型，保压2h，即得基于酚醛空心微球的新型保温防火材料。

经测定，本实施例制备的复合保温材料表观密度为240kg/m³(GB/T6343)，导热系数为0.045W/(m·K)(GB/T10294)，抗压强度为1.8Mpa(GB/T8813)，防火等级为B1级(GB/T8624)。

实施例2

(1)选择液态丁腈橡胶改性热固性酚醛树脂，选择直径分布在100-500um，堆积密度为63.5kg/m³的球形闭孔酚醛空心微球，选择膨胀粘土作为轻质填料，选择磷酸三苯酯和氢氧化铝作为复合阻燃剂；

(2)将液态改性热固性酚醛树脂50wt％、酚醛空心微球20wt％、膨胀粘土15wt％和磷酸三苯酯10wt％、氢氧化铝5wt％混合，搅拌均匀，装入钢制模具；在压缩比为1.2、成型温度为150℃条件下热压成型，保压2h，即得基于酚醛空心微球的新型保温防火材料。

经测定，本实施例制备的复合保温材料表观密度为245kg/m³，导热系数为0.048W/(m·K)，抗压强度为2.3Mpa，防火等级为B1级。

实施例3

(1)选择液态腰果壳油热固性酚醛树脂，选择直径分布在100-500um，堆积密度为63.5kg/m³的球形闭孔酚醛空心微球，选择气相二氧化硅作为轻质填料，选择磷酸三甲苯酯作为阻燃剂；

(2)将液态热固性酚醛树脂50wt％、酚醛空心微球20wt％、气相二氧化硅15wt％和磷酸三甲苯酯15wt％混合，搅拌均匀，装入钢制模具；在压缩比为1.2、成型温度为150℃条件下热压成型，保压2h，即得基于酚醛空心微球的新型保温防火材料。

经测定，本实施例制备的复合保温材料表观密度为223kg/m³，导热系数为0.038W/(m·K)，抗压强度为2.1Mpa，防火等级为B1级。

实施例4

(1)选择液态腰果壳油热固性酚醛树脂，选择直径分布在100-500um，堆积密度为63.5kg/m³的球形闭孔酚醛空心微球，选择气相二氧化硅作为轻质填料，选择磷酸三甲苯酯作为阻燃剂；

(2)按照液态热固性酚醛树脂50wt％、酚醛空心微球20wt％、气相二氧化硅15wt％和磷酸三甲苯酯15wt％混合，搅拌均匀，装入钢制模具；在压缩比为1.2、成型温度为150℃条件下热压成型，保压2h，即得基于酚醛空心微球的新型保温防火材料。

经测定，本实施例制备的复合保温材料表观密度为208kg/m³，导热系数为0.035W/(m·K)，抗压强度为2.0Mpa，防火等级为B1级。

实施例5

(1)选择液态丁腈橡胶改性热固性酚醛树脂，选择直径分布在100-500um，堆积密度为63.5kg/m³的球形闭孔酚醛空心微球，选择气相二氧化硅作为轻质填料，选择磷酸三苯酯和氢氧化铝作为复合阻燃剂；

(2)将液态改性热固性酚醛树脂50wt％、酚醛空心微球20wt％、气相二氧化硅15wt％和磷酸三苯酯10wt％、氢氧化铝5wt％配备原料混合，搅拌均匀，装入钢制模具；在压缩比为1.2、成型温度为150℃条件下热压成型，保压2h，即得基于酚醛空心微球的新型保温防火材料。

经测定，本实施例制备的复合保温材料表观密度为225kg/m³，导热系数为0.046W/(m·K)，抗压强度为2.6Mpa，抗折强度为2.3Mpa，防火等级为B1级。

Claims (9)

1.一种基于酚醛空心微球的保温防火材料，其特征在于，由以下重量比的原料组成，液态热固性酚醛树脂为45-60wt％，酚醛空心微球为5-20wt％，轻质填料为5-20wt％，阻燃剂为5-15wt％，所有组分质量百分比之和为100wt％，其中，所述酚醛空心微球为直径0.1-500um、堆积密度为50-200kg/m³球形闭孔酚醛空心微球。

2.根据权利要求1所述的基于酚醛空心微球的保温防火材料，其特征在于，所述液态热固性酚醛树脂为纯的热固性酚醛树脂或热塑性树脂、橡胶、植物油增韧改性的热固性酚醛树脂。

3.根据权利要求2所述的基于酚醛空心微球的保温防火材料，其特征在于，所述热塑性树脂为聚醚、聚酰胺、聚氨酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸酯中的一种或多种的混合物。

4.根据权利要求2所述的基于酚醛空心微球的保温防火材料，其特征在，所述橡胶为丁腈橡胶、丁苯橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶中的一种或多种的混合物。

5.根据权利要求2所述的基于酚醛空心微球的保温防火材料，其特征在于，所述植物油为腰果壳油或/和桐油。

6.根据权利要求1所述的基于酚醛空心微球的保温防火材料，其特征在于，所述酚醛空心微球为直径50-500um，堆积密度为50-100kg/m³的球形闭孔酚醛空心微球。

7.根据权利要求1所述的基于酚醛空心微球的保温防火材料，其特征在于，所述轻质填料为膨胀珍珠岩、膨胀膨润土、气相二氧化硅、膨胀蛭石、陶粒中的一种或多种的混合物。

8.根据权利要求1所述的基于酚醛空心微球的保温防火材料，其特征在于，所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、聚磷酸铵、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三二甲苯酯、丙苯系磷酸酯、丁苯系磷酸酯中的一种或多种的混合物。

9.一种如权利要求1-8之一所述的基于酚醛空心微球的保温防火材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将热固性酚醛树脂、酚醛空心微球、轻质填料和阻燃剂按照配比混合，搅拌均匀；

(2)将混合物装入钢制模具，在压缩比为1.1-2.5、成型温度为120-180℃条件下热压成型，保压时间为2-4h，即得基于酚醛空心微球的保温防火材料。