CN106750494B - 一种微胶囊发泡的密胺泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微胶囊发泡的密胺泡沫。所述密胺泡沫以密胺树脂预聚物进行微胶囊发泡制得，所用微胶囊发泡剂为壁材带有羟基的微胶囊发泡剂；所述密胺泡沫的闭孔率较高，达到96%以上；保温效果较好，其导热系数低于0.028 W/m·K；力学性能较好，其压缩强度达到180kPa以上；并拥有较好的阻燃性能，氧指数达到37%以上。本发明所使用的发泡液的组分只有三种，无需向密胺树脂预聚物中添加乳化剂或匀泡剂，工艺流程简单，生产成本较低；本发明所制备的壁材带羟基的微胶囊发泡剂可以适用于各类不同种类、不同粘度的密胺树脂预聚物，发泡温度较低，发泡时间较短。

Description

一种微胶囊发泡的密胺泡沫材料及其制备方法
技术领域
本发明属于泡沫材料技术领域，具体涉及一种微胶囊发泡的密胺泡沫材料及其制备方法。
背景技术
密胺泡沫是一种热固性的高分子材料，其具有良好的耐热性、耐溶剂性、电性能及机械强度，并具有离火自熄、燃烧时无熔滴滴落等优良的阻燃性能。密胺泡沫的这些优良性能使得其在各个行业和领域的应用都十分广泛，逐渐替代了现有的其他泡沫材料。但是使用机械发泡法，或是使用传统的物理发泡剂、化学发泡剂所制备的密胺泡沫存在着各种各样的性能缺陷，如泡沫材料的各部分泡孔结构不均匀，从而导致各部分性能不均一；其开孔率高，从而导致泡沫的导热性好，保温性能差；其泡孔分布不均匀，容易产生应力集中点，使得压缩强度较小；泡沫泡孔较大，在燃烧时难以形成致密的保护性碳层，其氧指数（OI）一般在32%以下。
微胶囊发泡剂是一类新型的发泡剂，其壁材由天然或人工合成的聚合物所组成，芯材由各类有机化合物、水或水溶液所组成。受热时，其体积可迅速膨胀增大到原来的几十倍，从而达到发泡效果。微胶囊在适宜的温度范围内可以维持其膨胀状态不破裂，从而改善泡沫材料的泡孔结构，提高泡沫的闭孔率和均匀程度。
发明内容
本发明的目的是提供一种微胶囊发泡的密胺泡沫材料及其制备方法。
一种微胶囊发泡的密胺泡沫材料以密胺树脂预聚物进行微胶囊发泡制得，所用微胶囊发泡剂为壁材带有羟基的微胶囊发泡剂；所述密胺泡沫材料的闭孔率为96%以上、导热系数低于0.028 W/m·K、压缩强度达到180kPa以上、阻燃性的氧指数达到37%以上。
制备微胶囊发泡的密胺泡沫材料的操作步骤如下：
（1）制备微胶囊发泡剂
（1.1）取240-300g去离子水，加入25-40g表面活性剂，搅拌、超声处理，即得水相；取50-90g不饱和丙烯酸酯单体，15-25g芯材，1-2.5g偶氮二异丁腈，0.2-0.5g二甲基丙烯酸乙二醇酯，均匀混合，即得油相；
（1.2）将水相和油相充分混合，乳化20min，搅拌，60℃-75℃聚合，反应10-20小时，冷却至室温，过滤洗涤，干燥后即得壁材带有羟基的微胶囊发泡剂；
（2）制备微胶囊发泡的密胺泡沫材料
（2.1）取100g密胺树脂预聚物、3-15g壁材带有羟基的微胶囊发泡剂、1-6g催化剂混合搅拌均匀，得到密胺微胶囊发泡液；
（2.2）将密胺微胶囊发泡液倒入模具中，将模具在温度80-130℃条件下，发泡15-50min，升温至120-160℃，熟化3-6h，切割成型，得到微胶囊发泡的密胺泡沫材料。
进一步限定的技术方案如下：
所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、司班60（Span-60）中的一种以上。
所述不饱和丙烯酸酯单体为甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）、甲基丙烯酸羟丙酯（HPMA）中的至少一种。
所述芯材为己烷、环己烷、庚烷、水、碳酸氢钠的饱和水溶液中的一种。
所述催化剂为甲酸、乙酸、草酸、盐酸、稀硫酸中的一种以上。
所述模具的壁厚不超过5mm。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1. 本发明微胶囊发泡的密胺泡沫材料的闭孔率较高，达到96%以上；保温效果较好，其导热系数低于0.028 W/m·K；力学性能较好，其压缩强度达到180kPa以上；并拥有较好的阻燃性能，氧指数达到37%以上。
2. 本发明制备工艺所用的微胶囊发泡剂的壁材为带有羟基的甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）或甲基丙烯酸羟丙酯（HPMA）的均聚或共聚物，其与密胺树脂的羟甲基、氨基、醚键等基团之间存在着氢键、范德华力等次级键相互作用，使得该微胶囊发泡剂与密胺树脂基体间具有良好的相容性，因此在混合搅拌时壁材带有羟基的微胶囊发泡剂能均匀地分散在密胺树脂中且难以发生团聚、沉降的情况，其与密胺树脂预聚物、催化剂两者形成较为稳定的发泡液；另外，壁材带有羟基的微胶囊发泡剂所制得的密胺微胶囊发泡液在发泡过程中，微胶囊壁材聚合物的侧基上的羟基能与密胺树脂的羟甲基发生脱水缩合反应，从而使微胶囊发泡剂与基体树脂分子之间生成牢固的化学键，使两者的相对位置恒定，进而使微胶囊发泡剂在发泡过程中亦能均匀地分散在密胺树脂中，并随密胺树脂的固化其形状、位置也随之固定，最终制得结构均匀、闭孔率较高、保温性能、力学性能、阻燃性能较好、各部分性能均一的密胺泡沫材料。
3. 本发明制备工艺的优点在于:与其他密胺泡沫的制备工艺相比，本发明所使用的发泡液的组分只有三种，无需向密胺树脂预聚物中添加乳化剂或匀泡剂即可得到泡孔均匀、性能良好的密胺泡沫材料，简化了工艺流程，降低了生产成本，且本发明所制备的壁材带羟基的微胶囊发泡剂可以适用于各类不同种类、不同粘度的密胺树脂预聚物；本发明使用烘箱作为加热设备制备密胺泡沫材料，该法发泡温度较低，发泡时间较短。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地描述。
以下实施例所用原料的来源说明如下：
密胺树脂预聚物购置于“潍坊金水源化工有限公司”，其是三聚氰胺与甲醛反应所得到的聚合物，又称三聚氰胺甲醛树脂，英文缩写MF。密胺树脂预聚物无色透明，在沸水中稳定。密胺树脂预聚物在室温下不固化，一般在130～150℃热固化，加少量酸催化可提高固化速度。加工成型时发生交联反应，制品为不熔的热固性树脂。
甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯等其它试剂均购置于“国药集团化学试剂有限公司”。
实施例1
制备微胶囊发泡的密胺泡沫材料的具体操作步骤如下：
（1）制备微胶囊发泡剂
称取260g的去离子水于500ml四口烧瓶中，加入30g十二烷基硫酸钠，搅拌、超声处理后，即得水相。
称取60g甲基丙烯酸羟乙酯，22g碳酸氢钠的饱和水溶液，1.8g偶氮二异丁腈，0.27g二甲基丙烯酸乙二醇酯，均匀混合，即得油相。
将制得的水相、油相充分混合后，乳化20min，搅拌，四口烧瓶中通入氮气30min，65℃聚合3h，70℃聚合12h，反应结束后，冷却至室温，过滤，用乙醇和蒸馏水进行洗涤，干燥后即得壁材带有羟基的微胶囊发泡剂。
（2）制备微胶囊发泡的密胺泡沫
称取100g密胺树脂预聚物于250ml烧杯中，加入10g壁材带有羟基的微胶囊发泡剂，2g稀硫酸，混合后搅拌均匀，得到密胺微胶囊发泡液。
称取50g密胺微胶囊发泡液倒入体积为500cm3的模具中，将模具放入温度为85℃的烘箱中发泡30min，然后升温至120℃，熟化5h之后切割成型，得到微胶囊发泡的密胺泡沫材料。
所制得的微胶囊发泡的密胺泡沫材料的闭孔率为97.2%、导热系数为0.028 W/m·K、压缩强度为209 kPa、指数为37.5%。
实施例2
制备微胶囊发泡的密胺泡沫材料的具体操作步骤如下：
（1）制备微胶囊发泡剂
称取285g的去离子水于500ml四口烧瓶中，加入15g十二烷基硫酸钠，20g司班60（Span-60），搅拌、超声处理后，即得水相。
称取50g甲基丙烯酸羟丙酯，15g环己烷，1.3g偶氮二异丁腈，0.21g二甲基丙烯酸乙二醇酯，均匀混合，即得油相。
将制得的水相、油相充分混合后，乳化20min，搅拌，四口烧瓶中通入氮气30min，60℃聚合10h，65℃聚合5h，反应结束后，冷却至室温，过滤，用乙醇和蒸馏水进行洗涤，干燥后即得壁材带有羟基的微胶囊发泡剂。
（2）制备微胶囊发泡的密胺泡沫
称取100g密胺树脂预聚物于250ml烧杯中，加入6g壁材带有羟基的微胶囊发泡剂，2g甲酸，1g盐酸，混合后搅拌均匀，得到密胺微胶囊发泡液。
称取50g密胺微胶囊发泡液倒入体积为500cm3的模具中，将模具放入温度为100℃的烘箱中发泡45min，然后升温至130℃，熟化4h之后切割成型，得到微胶囊发泡的密胺泡沫材料。
所制得的微胶囊发泡的密胺泡沫材料的闭孔率为96.8%、导热系数为0.023 W/m·K、压缩强度为223 kPa、氧指数为38.5%。
实施例3
制备微胶囊发泡的密胺泡沫材料的具体操作步骤如下：
（1）制备微胶囊发泡剂
称取300g的去离子水于500ml四口烧瓶中，加入28g十二烷基苯磺酸钠，搅拌、超声处理后，即得水相。
称取20g甲基丙烯酸羟乙酯，55g甲基丙烯酸羟丙酯，25g庚烷，2.3g偶氮二异丁腈，0.32g二甲基丙烯酸乙二醇酯，均匀混合，即得油相。
将制得的水相、油相充分混合后，乳化20min，搅拌，四口烧瓶中通入氮气30min，65℃聚合3h，75℃聚合10h，反应结束后，冷却至室温，过滤，用乙醇和蒸馏水进行洗涤，干燥后即得壁材带有羟基的微胶囊发泡剂。
（2）制备微胶囊发泡的密胺泡沫
称取100g密胺树脂预聚物于250ml烧杯中，加入14g壁材带有羟基的微胶囊发泡剂，1g乙酸，1g草酸，混合后搅拌均匀，得到密胺微胶囊发泡液。
称取100g密胺微胶囊发泡液倒入体积为800cm3的模具中，将模具放入温度为120℃的烘箱中发泡20min，然后升温至150℃，熟化2h之后切割成型，得到微胶囊发泡的密胺泡沫材料。
所制得的微胶囊发泡的密胺泡沫材料的闭孔率为98.9%、导热系数为0.026 W/m·K、压缩强度为197 kPa、氧指数为39%。

Claims (7)

1.一种微胶囊发泡的密胺泡沫材料，其特征在于：所述密胺泡沫以密胺树脂预聚物进行微胶囊发泡制得，所用微胶囊发泡剂为壁材带有羟基的微胶囊发泡剂；所述密胺泡沫的闭孔率为96%以上、导热系数低于0.028 W/m·K、压缩强度达到180kPa以上、氧指数达到37%以上；
所述壁材带有羟基的微胶囊发泡剂为采用甲基丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟丙酯作为带有羟基的壁材制备的微胶囊发泡剂。
2.制备权利要求1所述一种微胶囊发泡的密胺泡沫材料的方法，其特征在于操作步骤如下：
（1）制备微胶囊发泡剂
（1.1）取240-300g去离子水，加入25-40g表面活性剂，搅拌、超声处理，即得水相；取50-90g不饱和丙烯酸酯单体，15-25g芯材，1-2.5g偶氮二异丁腈，0.2-0.5g二甲基丙烯酸乙二醇酯，均匀混合，即得油相；
（1.2）将水相和油相充分混合，乳化20min，搅拌，60℃-75℃聚合，反应10-20小时，冷却至室温，过滤洗涤，干燥后即得壁材带有羟基的微胶囊发泡剂；
（2）制备微胶囊发泡的密胺泡沫材料
（2.1）取100g密胺树脂预聚物、3-15g壁材带有羟基的微胶囊发泡剂、1-6g催化剂混合搅拌均匀，得到密胺微胶囊发泡液；
（2.2）将密胺微胶囊发泡液倒入模具中，将模具在温度80-130℃条件下，发泡15-50min，升温至120-160℃，熟化3-6h，切割成型，得到微胶囊发泡的密胺泡沫材料。
3.根据权利要求2所述一种微胶囊发泡的密胺泡沫材料的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、司班60中的一种以上。
4.根据权利要求2所述一种微胶囊发泡的密胺泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述不饱和丙烯酸酯单体为甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的一种微胶囊发泡的密胺泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述芯材为己烷、环己烷、庚烷、水、碳酸氢钠的饱和水溶液中的一种。
6.根据权利要求2所述的一种微胶囊发泡的密胺泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为甲酸、乙酸、草酸、盐酸、稀硫酸中的一种以上。
7.根据权利要求2所述的一种微胶囊发泡的密胺泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述模具的壁厚不超过5mm。
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