CN106750534B - 一种浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料，由酚醛树脂、浮石粉、水泥、表面活性剂、发泡剂以及固化剂组成，酚醛树脂100份；浮石粉35～45份；水泥20～30份；表面活性剂3～5份；发泡剂6～9份；固化剂4～6份；本发明将无机物与有机物有机结合，既保证了产品的可靠强度和韧性，又弥补了纯粹使用无机材料保温性能差的问题，制得的浮石水泥酚醛复合泡沫材料粉化现象得到极大的改善，韧性得到加强；有水泥浮石粉面和酚醛泡沫面，水泥浮石粉面置于外墙的外表面，酚醛泡沫面与墙体基层粘结，粘结强度大、可靠、牢固；浮石粉和水泥为不燃材料，大量弥散的浮石粉和水泥提供双重防火屏障，提高酚醛泡沫的阻燃性。

Description

一种浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及保温泡沫材料技术领域，尤其涉及一种浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料及其制备方法。
背景技术
有机保温材料保温隔热性能优异，但防火问题突出。相对于有机保温材料，无机材料主要优势在于防火阻燃、变形系数小、抗老化、性能稳定、生态环保性好、不消耗有机能源、利用废料、与墙基层和抹面层结合较好、安全稳固性好，使用寿命长、施工难度小，成本较低等。但也存在表观密度较大、致密性和可加工性较差、保温隔热性能稍差、耐水性差等问题。因此提高有机保温材料的防火性能和无机保温材料的耐水性能很有必要。
酚醛泡沫属高分子有机硬质铝箔泡沫产品，是由热固性酚醛树脂发泡而成，与聚苯乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等材料相比，在阻燃方面它具有特殊的优良性能，但是相对无机物来说阻燃性依旧很差。其重量轻，刚性大，尺寸稳定性好，耐化学腐蚀，耐热性好，难燃，自熄，低烟雾，耐火焰穿透，遇火无洒落物，价格低廉，是较为理想的绝缘隔热保温材料。酚醛泡沫最大的弱点是脆性大，开孔率高。此外，酚醛泡沫是发泡结构，并且本身材料属于热固性树脂，导致产品的强度较低，质地较脆，急需改变材料的强度和脆性。
浮石粉又称轻石或浮岩，是一种多孔、轻质的玻璃质酸性火山喷出岩。浮石粉表面粗糙，孔隙多、质量轻、容重小、强度高、耐酸碱、耐腐蚀，颗粒容重为450kg/立方米，松散容重为250kg/立方米左右，天然浮石粉孔隙率为7l.8～81％，吸水率为50～60％。目前，将浮石粉、水泥与酚醛树脂配合使用、制备兼具强度、韧性、保温隔热性能和耐水性的新型保温材料，此种研究尚无人进行。
发明内容
本发明提供了一种浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料及其制备方法，这种新的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料，解决现有机酚醛泡沫材料的强度低、韧性差的技术问题；还解决现有无机保温材料的保温隔热性能差、耐水性差等问题。
本发明的第一目的是提供一种浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料，为实现上述技术目的，采取的技术方案如下：一种浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料由酚醛树脂、浮石粉、水泥、表面活性剂、发泡剂以及固化剂组成。各组分的重量份配比如下：
本发明如上所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料，酚醛树脂由苯酚、多聚甲醛和碱性催化剂的氢氧化钠水溶液制得，所述氢氧化钠水溶液中氢氧化钠的质量分数为20％，酚醛树脂中三种材料的配比为苯酚：多聚甲醛：氢氧化钠水溶液＝100～90：60～50：1.5～2.5。
本发明如上所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料，表面活性剂为硅氧烷系表面活性剂、吐温系表面活性剂中的一种。
本发明如上所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料，发泡剂为石油醚、正戊烷、正己烷、异戊烷或环戊烷中的一种。
本发明如上所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料，固化剂为磷酸、硫酸、盐酸或硼酸中的一种或两种的混合。
本发明如上所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料，浮石粉由浮石经过筛选、漂洗、烘干和研磨的工艺制作而成，浮石粉的粒径大小为200～300目。
本发明的第二目的是提供一种浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料的制备方法，为解决上述技术问题的技术方案如下：一种浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备酚醛树脂：按现有技术制备酚醛树脂，酚醛树脂的各原料及质量配比为苯酚：多聚甲醛：质量分数为20％的氢氧化钠水溶液＝100～90：60～50：1.5～2.5；
步骤二、浮石粉的筛选：将浮石经过筛选、漂洗、烘干和研磨之后得到的浮石粉过200目筛，并干燥处理；
步骤三、制备浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料：
a，将步骤一中制得的酚醛树脂和表面活性剂在50℃的恒温水浴中搅拌混合均匀；
b，称量按重量份数的水泥，并将水泥加入a制得溶液中，搅拌均匀，静置2min；
c，称量按重量份数的浮石粉，加入b中，搅拌均匀；
d，加入发泡剂，快速搅拌均匀；
e，加入固化剂，快速搅拌5～10分钟，搅拌均匀；
f，将e制得的混合物倒入预加热的模具中，使表面平整；
g，将f中模具放置在设定温度为75℃-85℃的烘箱中20～40分钟；
h，将g冷却至室温，拆模。
本发明如上所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料的制备方法，优选地，步骤一中，酚醛树脂的固含量为80％～85％，黏度(25℃)2～3Pa.S，游离醛的质量分数1％～2％，pH值为7～9。
本发明如上所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料的制备方法，优选地，步骤三中，a～e步骤中的搅拌速度为100r/min，d步骤和e步骤的操作时间间隔小于1分钟，所述步骤f中预加热的模具温度为40℃-50℃。
本发明如上所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料的制备方法，优选地，步骤三中，d中发泡剂为石油醚；e中固化剂为磷酸。
本发明酚醛树脂与浮石粉、水泥的复合机理为：
利用表面处理剂降低酚醛树脂的表面活化能，使得水泥、浮石粉和酚醛树脂以尽可能大的接触角相互浸润，并且通过表面活性剂相互连接，共混形成浮石颗粒、水泥和酚醛泡沫的三相体系，达到最佳程度的材料整合。最后利用酚醛树脂的固化过程，使两者的连接既有机械互锁，又有化学结合的过渡层，使复合材料最终具有两者的优点，达到增强阻燃性能、增强强度、降低粉化率的效果。
水泥首先发生的水化反应吸收酚醛树脂溶液的水分，增大酚醛树脂的粘度，并放出一部分热量，随后加入的发泡剂形成的酚醛泡沫与水泥浆混合，酚醛泡沫在水泥浆内充分分散，然后加入的酸性固化剂一部分与固化酚醛泡沫，另一部分与水泥进行分解反应，但大部分水泥未与酸反应，最后形成的水泥浮石复合酚醛泡沫材料。加入的水泥极大的增强了复合材料的强度，改善了复合材料的粉化性能。
本发明的有益效果是：
(1)本发明配方将无机物与有机物有机结合，既保证了产品的可靠强度和韧性，又弥补了纯粹使用无机材料保温性能差的问题，制得的浮石水泥酚醛复合泡沫材料粉化现象得到极大的改善，韧性得到加强；
(2)该材料存在分层，有水泥浮石粉面和酚醛泡沫面，将水泥浮石粉面置于外墙的外表面，利用浮石粉的强度提高酚醛泡沫板的韧性和强度，同时酚醛泡沫面与墙体基层粘结，粘结强度大、可靠、牢固，具有酚醛泡沫材料的优点；
(3)浮石粉和水泥为不燃材料，大量弥散的浮石粉和水泥提供双重防火屏障，提高酚醛泡沫的阻燃性；
(4)本发明浮石酚醛树脂复合泡沫材料的配方合理，制备方法简单，对技术人员要求低，造价低廉，可批量生产。
具体实施方式
在下文中，将描述本发明的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料及其制备方法的实施例。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。本发明实施例所用的原材料来源如表1所示：
表1.实施例所用的原材料来源列表
本发明提供一种浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料，由酚醛树脂、浮石粉、水泥、表面活性剂、发泡剂以及固化剂组成。各组分的重量份配比如下：酚醛树脂100份；浮石粉35～45份；水泥20～30份；表面活性剂3～5份；发泡剂6～9份；固化剂4～6份。酚醛树脂由苯酚、多聚甲醛和碱性催化剂的氢氧化钠水溶液制得，所述氢氧化钠水溶液中氢氧化钠的质量分数为20％，酚醛树脂中三种材料的配比为苯酚：多聚甲醛：氢氧化钠水溶液＝100～90：60～50：1.5～2.5。
下面通过几个实施例对本发明内容进行具体说明：
实施例1
浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料由酚醛树脂、浮石粉、水泥、吐温-80、石油醚、磷酸组成，各组分的重量份配比如下：酚醛树脂100份；浮石粉40份；水泥22份；表面活性剂4份；发泡剂7份；固化剂5份。其中，酚醛树脂由苯酚、多聚甲醛和碱性催化剂氢氧化钠水溶液制得，其质量配比为苯酚：多聚甲醛：质量分数为20％的氢氧化钠水溶液＝100：60：1.5。
实施例2
浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料由酚醛树脂、浮石粉、水泥、吐温-80、石油醚、磷酸组成，各组分的重量份配比如下：酚醛树脂100份；浮石粉35份；水泥25份；表面活性剂3份；发泡剂6份；固化剂4份。其中，酚醛树脂由苯酚、多聚甲醛和碱性催化剂氢氧化钠水溶液制得，其质量配比为苯酚：多聚甲醛：质量分数为20％的氢氧化钠水溶液＝90：50：2.5。
实施例3
浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料由酚醛树脂、浮石粉、水泥、吐温-80、石油醚、磷酸组成，各组分的重量份配比如下：酚醛树脂100份；浮石粉45份；水泥20份；表面活性剂5份；发泡剂7.5份；固化剂6份。其中，酚醛树脂由苯酚、多聚甲醛和碱性催化剂氢氧化钠水溶液制得，其质量配比为苯酚：多聚甲醛：质量分数为20％的氢氧化钠水溶液＝95：55：2。
实施例4
浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料由酚醛树脂、浮石粉、水泥、吐温-80、石油醚、磷酸组成，各组分的重量份配比如下：酚醛树脂100份；浮石粉39份；水泥28份；表面活性剂4份；发泡剂7份；固化剂4.5份。其中，酚醛树脂由苯酚、多聚甲醛和碱性催化剂氢氧化钠水溶液制得，其质量配比为苯酚：多聚甲醛：质量分数为20％的氢氧化钠水溶液＝95：55：2。
实施例5
浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料由酚醛树脂、浮石粉、水泥、吐温-80、石油醚、磷酸组成，各组分的重量份配比如下：酚醛树脂100份；浮石粉45份；水泥30份；表面活性剂4.5份；发泡剂9份；固化剂5.5份。其中，酚醛树脂由苯酚、多聚甲醛和碱性催化剂氢氧化钠水溶液制得，其质量配比为苯酚：多聚甲醛：质量分数为20％的氢氧化钠水溶液＝95：55：2。
对比例1
酚醛树脂泡沫材料由酚醛树脂、吐温-80、石油醚、磷酸组成，各组分的重量份配比如下：酚醛树脂100份；表面活性剂4份；发泡剂7份；固化剂5份。其中，酚醛树脂由苯酚、多聚甲醛和碱性催化剂氢氧化钠水溶液制得，其质量配比为苯酚：多聚甲醛：质量分数为20％的氢氧化钠水溶液＝95：55：2。
对比例2
浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料由酚醛树脂、浮石粉、水泥、吐温-80、石油醚、磷酸组成，各组分的重量份配比如下：酚醛树脂100份；浮石粉35份；表面活性剂4份；发泡剂7份；固化剂5份。其中，酚醛树脂由苯酚、多聚甲醛和碱性催化剂氢氧化钠水溶液制得，其质量配比为苯酚：多聚甲醛：质量分数为20％的氢氧化钠水溶液＝95：55：2。
对比例3
浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料由酚醛树脂、水泥、吐温-80、石油醚、磷酸组成，各组分的重量份配比如下：酚醛树脂100份；水泥22份；表面活性剂4份；发泡剂7份；固化剂5份。其中，酚醛树脂由苯酚、多聚甲醛和碱性催化剂氢氧化钠水溶液制得，其质量配比为苯酚：多聚甲醛：质量分数为20％的氢氧化钠水溶液＝95：55：2。
其中，上述五个实施例中，制备的酚醛树脂的固含量为80％～85％，25℃条件下的黏度为2～3Pa.S，游离醛质量分数1％～2％，pH值为7～9；实施例和对比例中的浮石粉规格均为200目，浮石粉由浮石经过筛选、漂洗、烘干和研磨的工艺制作而成。
将上述实施例和对比例按照以下方法制备成树脂复合发泡材料，制备方法包括以下步骤：
步骤一，制备酚醛树脂：按现有技术制备酚醛树脂，酚醛树脂的各原料及质量配比为苯酚：多聚甲醛：质量分数为20％的氢氧化钠水溶液＝100～90：60～50：1.5～2.5；
步骤二，筛选浮石粉：将浮石经过筛选、漂洗、烘干、研磨成浮石粉之后，将浮石粉过200目筛并干燥处理；
步骤三，制备浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料；
a，将步骤一中制得的酚醛树脂和吐温-80在50℃的恒温水浴中搅拌混合均匀，搅拌速度为100r/min。
b，称量按重量份数的水泥，并将水泥加入a制得溶液中，搅拌均匀，静置2min；
c，需要浮石粉的称量按重量份数的浮石粉，加入b中，搅拌均匀；
d，加入石油醚，快速搅拌均匀；
e，加入磷酸，快速搅拌5-10分钟，搅拌均匀；
f，将e制得的混合物倒入预加热的模具中，使表面平整；
g，将f中模具放置在设定温度为75℃-85℃的烘箱中40～60分钟；
h，将g冷却至室温，拆模。
优选地，步骤一中，酚醛树脂固含量为80％-85％，黏度(25℃)2-3Pa.S，游离醛质量分数1％-2％，pH值为7到9；步骤三中，d步骤和e步骤的操作时间间隔小于1分钟，所述步骤f中预加热的模具温度为40℃-50℃。
对五个实施例和两个对比例制得的板材，在万能试验机上进行强度测试，测定标准为《硬质泡沫塑料压缩性能的测定》(GB/T8813-2008)；在导热系数测量仪上进行导热系数的测试。按照《泡沫塑料及橡胶表观密度的测定》(GB/T 6343-2009)的规定测定表观密度，按照《硬质泡沫塑料易碎性的测定》(GB/T12812-2006)的规定，测定质量磨耗率。测试结果如表2：
表2.五个实施例和三个对比例板材的测试结果
编号 强度MPa 导热系数W/m·K 质量磨耗率，％ 氧指数，％
实施例1 1.2 0.065 21 52
实施例2 1.5 0.070 23 51
实施例3 1.3 0.062 20 52
实施例4 1.6 0.069 24 55
实施例5 1.6 0.066 20 62
对比例1 0.28 0.042 61 33
对比例2 0.77 0.044 27 40
对比例3 0.98 0.064 30 42
由表2中可以看出，本发明配方实施例制备的板材无论从强度还是质量磨耗率和氧指数上都明显优于对比例，而且导热系数变化不大。由此可见，本发明配方将无机物与有机物有机结合，既保证了产品的可靠强度和韧性，又弥补了纯粹使用无机材料保温性能差的问题，制得的浮石水泥酚醛复合泡沫材料强度得到极大提高，粉化现象得到极大的改善，韧性和阻燃性得到加强。
目前常规市售的酚醛泡沫压缩强度一般在0.15～0.3MPa，这与本发明的1.2～1.6MPa相去甚远。综合本发明产品的强度、导热系数、质量磨耗率和氧指数来看，本发明的产品性能指标明显优于市场同期其他产品，具有较好的市场价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料，其特征在于：由酚醛树脂、浮石粉、水泥、表面活性剂、发泡剂以及固化剂组成，各组分的重量份配比如下：
酚醛树脂 100份；
浮石粉 35～45份；
水泥 20～30份；
表面活性剂 3～5份；
发泡剂 6～9份；
固化剂 4～6份；
所述酚醛树脂由苯酚、多聚甲醛和作为碱性催化剂的氢氧化钠水溶液制得，所述氢氧化钠水溶液中氢氧化钠的质量分数为20%，酚醛树脂中三组分的质量配比为苯酚：多聚甲醛：氢氧化钠水溶液=100～90：60～50：1.5～2.5。
2.根据权利要求1所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料，其特征在于：所述表面活性剂为硅氧烷系表面活性剂或吐温系表面活性剂中的一种。
3.根据权利要求1所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料，其特征在于：所述发泡剂为石油醚、正戊烷、正己烷、异戊烷或环戊烷中的一种。
4.根据权利要求1所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料，其特征在于：所述固化剂为磷酸、硫酸、盐酸、硼酸中的一种或两种的混合。
5.根据权利要求1所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料，其特征在于：所述浮石粉由浮石经过筛选、漂洗、烘干和研磨的工艺制备而成，浮石粉的粒径大小为200～300目。
6.一种权利要求1～5任意一项所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、制备酚醛树脂：酚醛树脂的各原料及质量配比为苯酚：多聚甲醛：质量分数为20%的氢氧化钠水溶液=100～90：60～50：1.5～2.5；
步骤二、筛选浮石粉：将浮石经过筛选、漂洗、烘干、研磨成浮石粉之后，将浮石粉过200目筛并干燥处理；
步骤三、制备浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料：
a，将步骤一中制得的酚醛树脂与表面活性剂在50℃的恒温水浴中搅拌混合均匀；
b，按重量份数称量水泥，并将水泥加入a制得的溶液中，搅拌均匀，静置2min；
c，按重量份数称量浮石粉加入b制得的混合料中，搅拌均匀；
d，加入发泡剂，快速搅拌均匀；
e，加入固化剂，快速搅拌5～10分钟，搅拌均匀；
f，将e制得的混合物倒入预加热的模具中，使表面平整；
g，将f中模具放置在设定温度为75℃-85℃的烘箱中40-60分钟；
h，将g冷却至室温，拆模。
7.根据权利要求6所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，制得的酚醛树脂的固含量为80%～85%，25℃黏度为2～3Pa.S，游离醛质量分数1%～2%，pH值为7～9。
8.根据权利要求6所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中a～e步骤中的搅拌速度为100r/min，d步骤和e步骤的操作时间间隔小于1分钟，所述步骤f中预加热的模具温度为40℃-50℃。
9.根据权利要求6所述的浮石水泥酚醛树脂复合泡沫材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，d步骤中的发泡剂为石油醚；e步骤中的固化剂为磷酸。
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