CN106995566A - 一种环氧树脂界面固化包覆eps泡沫复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料及其制备方法，所述复合材料由EPS泡沫颗粒外包覆一层环氧树脂层得到，其中EPS泡沫颗粒粒径为3‑5mm，环氧树脂层厚度为0.5‑1mm，复合材料表观密度为0.1‑0.5g/cm3。其制备方法为：1)将环氧树脂加热至45‑60℃，并在搅拌提交下加入白炭黑，加入EPS泡沫颗粒，搅拌使其混合均匀；2)加入碳酸钙粉末，再在高速搅拌下加入固化剂水溶液进行固化反应得到环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料。本发明制备的环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料表面极性高、耐溶剂性能好，表观密度小，具有多方面用途。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料及其制备方法。
背景技术
近几年轻质材料以其优越的性能被人们逐渐接受，尤其是性能优异的轻质结构材料，能够满足建筑、汽车等领域高性能、高可靠性和低成本的要求，得到了越来越广泛的应用。制备轻质材料的一个重要途径就是用泡沫材料填充基材制备复合材料。
聚苯乙烯泡沫塑料(简称EPS)由于其质轻、坚固、吸震、低吸潮、易加工成型及良好的耐水性、绝热性、价格低等特点，被广泛用于轻工市场，日用装璜，照明指示和包装等领域。目前以苯乙烯为原料生产的聚苯乙烯泡沫的产量已跃居世界泡沫塑料的第二位，是当今世界上应用最广泛的塑料之一。多数制品使用后直接被废弃，由于其无法自行降解，致使每年有近千万立方的废弃EPS泡沫颗粒因得不到处理及降解而成为白色污染物。因此，将EPS泡沫进行利用，如利用其制备轻质结构材料是非常有意义的研究课题。
由于EPS极性小，与其它类材料界面相容性和粘接性差，如大面积使用EPS制备的外墙保温砂浆由于界面原因导致其耐候性和抗裂性差。此外由于EPS泡沫颗粒易溶于芳香烃、氯代烃、酮类和一些酯类(C≤16)溶剂中，导致其难以直接应用在大部分高分子体系如不饱和树脂玻璃钢体系。
本发明采用环氧树脂界面固化方法包覆EPS泡沫颗粒制备复合材料，不仅提高了EPS泡沫颗粒表面极性、耐溶剂能力从而改善了EPS泡沫颗粒与胶凝材料之间表面粘结力差等问题。另外，由于EPS泡沫颗粒质量轻、导热系数小、抗冻性高和封闭空腔结构等特点决定了其具有隔热、保温、隔音等优良性能，通过环氧树脂界面固化包覆的EPS泡沫颗粒可以直接应用于轻质墙体、路面保温隔热层，楼面隔音层、轻质玻璃钢材料等领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料及其制备方法，该复合材料相对于EPS泡沫颗粒来说表面极性高、耐溶剂性能好，具有多方面用途。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，所述复合材料由EPS泡沫颗粒外包覆一层环氧树脂层得到，其中EPS泡沫颗粒粒径为3-5mm，环氧树脂层厚度为0.5-1mm，复合材料表观密度为0.1-0.5g/cm3。
按上述方案，所述复合材料由以下原料制备而成：环氧树脂、EPS泡沫颗粒、固化剂、碳酸钙粉末及白炭黑，其中环氧树脂与EPS泡沫颗粒质量比为0.2-1：1。
按上述方案，所述固化剂的加入方式为配成质量浓度10-20％的固化剂水溶液后再加入，固化剂添加量为环氧树脂质量的0.2-0.4％；所述碳酸钙粉末添加量为环氧树脂质量的6-9％；所述白炭黑加入量为环氧树脂质量的0.3-0.5％。
按上述方案，所述固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、T31固化剂中的一种；所述环氧树脂为E44环氧树脂或E51环氧树脂或两者的混合物。
优选的是，所述碳酸钙粉末粒径为100-800目；所述白炭黑为气相白炭黑，粒径为5-40nm。
本发明还提供上述环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料的制备方法，其步骤如下：
1)将环氧树脂加热至45-60℃，并在搅拌条件下加入白炭黑，随后在该温度下将EPS泡沫颗粒加入环氧树脂内，搅拌使其混合均匀，得到环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒；
2)将步骤1)所得环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒进行冷却，在冷却过程中加入碳酸钙粉末，搅拌混合均匀，再在高速搅拌下加入固化剂水溶液进行固化反应，反应结束后得到环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料。本发明通过添加气相白炭黑调节环氧树脂的流变性，改善环氧树脂对EPS泡沫颗粒的包覆性能；在EPS泡沫颗粒表面裹一层碳酸钙粉末作为防黏剂，将EPS泡沫颗粒有效地分散开。
优选的是，步骤2)所述高速搅拌的速率为1000～2000r/min。
按上述方案，步骤2)所述固化工艺条件为：在45-60℃下反应1-2h，然后室温下反应24-48h。
本发明还包括上述环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料在轻质墙体材料中的应用。
以及上述环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料在隔热材料和隔音材料中的应用。
以及上述环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料在轻质玻璃钢材料中的应用。将其应用在轻质玻璃钢材料中，可通过改变包覆的EPS泡沫颗粒的添加量制备不同容重比的轻质高强度玻璃钢材料。
本发明通过采用界面缩合固化的方法，使多相体系在EPS泡沫颗粒-环氧树脂相界面处进行缩聚反应，将EPS泡沫颗粒完整地包覆在环氧树脂内；使用气相白炭黑调节环氧树脂的触变性，用碳酸钙粉末作为防黏剂；用环氧树脂对EPS泡沫颗粒进行包覆，使环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料表观密度控制在0.1-0.5g/cm3范围内。
本发明的有益效果在于：1、本发明采用界面缩合固化方法将EPS泡沫颗粒-环氧树脂多相体系在相界面处进行缩聚反应将EPS泡沫颗粒较好的包覆在环氧树脂内，通过对EPS泡沫颗粒的包覆改善了其表面极性、耐溶剂能力和粘结性差的问题，并可以废弃EPS颗粒为原料，实现废弃资源利用，成本低，操作步骤简单，无污染物排放；2、本发明制备的环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料相对于EPS泡沫颗粒来说表面极性高、耐溶剂性能好，表观密度小，具有多方面用途。
附图说明
图1为本发明实施例5、6、7、8所制备的环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料的粘度与白炭黑含量关系曲线。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
制备环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，步骤如下：
1)将5g E44环氧树脂加热至55℃，保温5min，并在搅拌条件下加入0.02g白炭黑，随后在该温度下将平均粒径4mm的15gEPS泡沫颗粒加入环氧树脂内，搅拌5min使其混合均匀，得到环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒，环氧树脂包覆层厚度约为0.8mm；
2)将步骤1)所得环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒进行冷却，在冷却过程中加入0.4g碳酸钙粉末，搅拌混合均匀，再在1500r/min速率下加入乙二胺水溶液(质量浓度为13％，含乙二胺质量0.015g)，在55℃固化反应1h，然后在室温下完全固化24h，反应结束后得到环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，其表观密度测试数据见表1。
实施例2
制备环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，步骤如下：
1)将8g E44环氧树脂加热至55℃，保温5min，并在搅拌条件下加入0.03g白炭黑，随后在该温度下将15g EPS泡沫颗粒加入环氧树脂内，搅拌5min使其混合均匀，得到环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒；
2)将步骤1)所得环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒进行冷却，在冷却过程中加入0.64g碳酸钙粉末，搅拌混合均匀，再在1500r/min速率下加入乙二胺水溶液(质量浓度为13％，含乙二胺0.024g)，在55℃固化反应1h，然后在室温下完全固化24h，反应结束后得到环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，其表观密度测试数据见表1。
实施例3
制备环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，步骤如下：
1)将11g E44环氧树脂加热至55℃，保温5min，并在搅拌条件下加入0.045g白炭黑，随后在该温度下将15g EPS泡沫颗粒加入环氧树脂内，搅拌5min使其混合均匀，得到环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒；
2)将步骤1)所得环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒进行冷却，在冷却过程中加入0.88g碳酸钙粉末，搅拌混合均匀，再在1500r/min速率下加入乙二胺水溶液(质量浓度为13％，含乙二胺0.033g)在55℃固化反应1h，然后在室温下完全固化24h，反应结束后得到环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，其表观密度测试数据见表1。
实施例4
制备环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，步骤如下：
1)将14g E44环氧树脂加热至55℃，保温5min，并在搅拌条件下加入0.06g白炭黑，随后在该温度下将15g EPS泡沫颗粒加入环氧树脂内，搅拌5min使其混合均匀，得到环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒；
2)将步骤1)所得环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒进行冷却，在冷却过程中加入1.12g碳酸钙粉末，搅拌混合均匀，再在1500r/min速率下加入乙二胺水溶液(质量浓度为13％，含乙二胺0.042g)在55℃固化反应1h，然后在室温下完全固化24h，反应结束后得到环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，其表观密度测试数据见表1。
表1
实施例5
制备环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，步骤如下：
1)将5g E51环氧树脂加热至55℃，保温5min，并在搅拌条件下加入0.02g白炭黑，随后在该温度下将15g EPS泡沫颗粒加入环氧树脂内，搅拌5min使其混合均匀，得到环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒；
2)将步骤1)所得环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒进行冷却，在冷却过程中加入0.4g碳酸钙粉末，搅拌混合均匀，再在1500r/min速率下加入二乙烯三胺水溶液(质量浓度为15％，含二乙烯三胺0.02g)，在55℃固化反应1h，然后在室温下完全固化24h，反应结束后得到环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料。
实施例6
制备环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，步骤如下：
1)将8g E51环氧树脂加热至55℃，保温5min，并在搅拌条件下加入0.03g白炭黑，随后在该温度下将15g EPS泡沫颗粒加入环氧树脂内，搅拌5min使其混合均匀，得到环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒；
2)将步骤1)所得环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒进行冷却，在冷却过程中加入0.64g碳酸钙粉末，搅拌混合均匀，再在1500r/min速率下加入二乙烯三胺水溶液(质量浓度为15％，含二乙烯三胺0.032g)，在55℃固化反应1h，然后在室温下完全固化24h，反应结束后得到环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料。
实施例7
制备环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，步骤如下：
1)将11g E51环氧树脂加热至55℃，保温5min，并在搅拌条件下加入0.045g白炭黑，随后在该温度下将15g EPS泡沫颗粒加入环氧树脂内，搅拌5min使其混合均匀，得到环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒；
2)将步骤1)所得环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒进行冷却，在冷却过程中加入0.88g碳酸钙粉末，搅拌混合均匀，再在1500r/min速率下加入二乙烯三胺水溶液(质量浓度为15％，含二乙烯三胺0.044g)，在55℃固化反应1h，然后在室温下完全固化24h，反应结束后得到环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料。
实施例8
制备环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，步骤如下：
1)将14g E51环氧树脂加热至55℃，保温5min，并在搅拌条件下加入0.06g白炭黑，随后在该温度下将15g EPS泡沫颗粒加入环氧树脂内，搅拌5min使其混合均匀，得到环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒；
2)将步骤1)所得环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒进行冷却，在冷却过程中加入1.12g碳酸钙粉末，搅拌混合均匀，再在1500r/min速率下加入二乙烯三胺水溶液(质量浓度为15％，含二乙烯三胺0.056g)，在55℃固化反应1h，然后在室温下完全固化24h，反应结束后得到环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料。
图1为本发明实施例5、6、7、8所制备的环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料的粘度与白炭黑含量关系曲线，考察白炭黑含量对环氧树脂流变性能的影响，由图可见白炭黑含量从0.02g增加到0.06g时，环氧树脂的黏度逐渐增加，说明白炭黑可以作为流变剂改变环氧树脂的粘度，并且在一定加入量范围内随着白炭黑加入量增多，环氧树脂粘度逐渐增大。
实施例9
制备环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料的制备方法，其步骤如下：
1)将14g E51和E44混合环氧树脂加热至55℃，保温5min，并在搅拌条件下加入0.06g白炭黑，随后在该温度下将15g EPS泡沫颗粒加入环氧树脂内，搅拌5min使其混合均匀，得到环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒；
2)将步骤1)所得环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒进行冷却，在冷却过程中加入1.12g碳酸钙粉末，搅拌混合均匀，再在1500r/min速率下加入二乙烯三胺水溶液(质量浓度为15％，含二乙烯三胺0.056g)，在55℃固化反应1h，然后在室温下完全固化24h，反应结束后得到环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料。
实施例10
将实施例6制备的复合材料按质量份5份、8份、11份、14份分别添加到15份不饱和聚酯树脂内，得到改性不饱和聚酯树脂，被包覆的EPS泡沫颗粒在不饱和聚酯树脂内未溶解，测量不饱和聚酯树脂的抗压强度和表观密度，具体结果见表2。
表2
由表2可知，所得改性不饱和聚酯树脂的表观密度为0.138-0.810g/cm3，抗压强度为890-1146kg/cm2。
Claims (10)
1.一种环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，其特征在于：所述复合材料由EPS泡沫颗粒外包覆一层环氧树脂层得到，其中EPS泡沫颗粒粒径为3-5mm，环氧树脂层厚度为0.5-1mm，复合材料表观密度为0.1-0.5g/cm3。
2.根据权利要求1所述的环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，其特征在于，所述复合材料由以下原料制备而成：环氧树脂、EPS泡沫颗粒、固化剂、碳酸钙粉末及白炭黑，其中环氧树脂与EPS泡沫颗粒质量比为0.2-1：1。
3.根据权利要求2所述的环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，其特征在于，所述固化剂的加入方式为配成质量浓度10-20％的固化剂后再加入，固化剂添加量为环氧树脂质量的0.2-0.4％；所述碳酸钙粉末添加量为环氧树脂质量的6-9％；所述白炭黑加入量为环氧树脂质量的0.3-0.5％。
4.根据权利要求2所述的环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，其特征在于，所述固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、T31固化剂中的一种；所述环氧树脂为E44环氧树脂或E51环氧树脂或两者的混合物。
5.根据权利要求2所述的环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料，其特征在于，所述碳酸钙粉末粒径为100-800目；所述白炭黑为气相白炭黑，粒径为5-40nm。
6.一种权利要求1-5任一所述的环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
1)将环氧树脂加热至45-60℃，并在搅拌条件下加入白炭黑，随后在该温度下将EPS泡沫颗粒加入环氧树脂内，搅拌使其混合均匀，得到环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒；
2)将步骤1)所得环氧树脂包覆的EPS泡沫颗粒进行冷却，在冷却过程中加入碳酸钙粉末，搅拌混合均匀，再在高速搅拌下加入固化剂水溶液进行固化反应，反应结束后得到环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于步骤2)所述固化工艺条件为：在45-60℃下反应1-2h，然后室温下反应24-48h。
8.根据权利要求1-5任一所述的环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料在轻质墙体材料中的应用。
9.根据权利要求1-5任一所述的环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料在隔热材料和隔音材料中的应用。
10.根据权利要求1-5任一所述的环氧树脂界面固化包覆EPS泡沫复合材料在轻质玻璃钢材料中的应用。
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