CN112010619A - 一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板及其制备方法，包括以下质量份原料：酚醛泡沫废料30～40份、有机相变保温材料15～25份、水泥25～35份、粉煤灰15～20份、脱硫石膏粉10～15份、碱激发剂2～3份、硅烷偶联剂1～1.5份、发泡剂A 3～4份、发泡剂B 5～10份、水30～40份。本发明首次以酚醛泡沫废料为原料制备发泡保温板，赋予轻质、防火、保温隔热、阻燃的特性，同时，为酚醛泡沫废料的资源化利用开辟了新思路，提高其附加价值。

Description

一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板及其制备方法。
背景技术
酚醛泡沫是由热固性酚醛树脂发泡而成，素有“保温材料之王”的美称，是新一代保温防火隔音材料。酚醛泡沫具有轻质、防火、遇明火不燃烧、无烟、无毒、无滴落，使用温度围广(-196～+200℃)，低温环境下不收缩、不脆化的特点。由于酚醛泡沫闭孔率高，导热系数低，隔热性能好，并具有一定的抗水性和水蒸气渗透性，同时，由于酚醛具有苯环结构，所以尺寸稳定，相比于聚氨酯泡沫，热稳定性和阻燃性良好。目前，针对酚醛泡沫废料的处理和再利用的报道还不多见，主要用于烧制活性炭、分子筛。因此，如何提高酚醛泡沫废料的应用价值，开拓新的资源化利用新途径具有重要意义。
相变保温材料是指随温度变化而改变物理形态并能提供潜热的物质，在由固态转变为液态或由液态转变为固态的相变过程中，相变材料将吸收或释放大量的潜热，以此达到蓄能保温的效果。目前，将相变材料应用于建筑材料的方式主要包括：1)多孔材料吸附法：将多孔建筑材料加入在熔融的相变材料中，利用材料孔隙的毛细吸附力将相变材料吸附在材料的孔隙中；2)直接加入法：将相变材料作为建筑材料一种组分，在建筑材料的制备阶段直接进行物理掺杂；3)微胶囊法就是将相变材料微粒包裹一层性能稳定的高分子膜，使其封存在高分子膜形成的微型胶囊内而构成的具有核壳结构的固体微粒；但上述方法均存在不足之处，如多孔材料吸附法制备的材料在相变过程中会发生液相泄露的问题，直接加入法会造成相变材料的存储量少，长期使用过程中相变材料易于建筑材料发生相分离，进而减少建材的使用寿命，微胶囊法虽能隔绝相变材料与外界环境的直接接触，解决了液相泄露问题，但是全部以相变材料作为内芯材，建材机械强度较低，易蠕变，尤其是内部相变材料全部转化为液相后，且生产成本昂贵，技术要求高，需要使用大量相变物质。
基于以上所述，为了进一步提高酚醛泡沫废料的应用价值，开拓新的资源化利用途径，同时克服传统相变保温材料易液相泄露、过冷和相分离、易蠕变的问题，本发明首次以多孔聚苯乙烯微球为载体，吸附固定化癸酸、肉豆蔻酸、十四烷醇，并利用有机硅苯丙乳液包埋处理，制备出有机相变保温材料，并首次以酚醛泡沫废料为原料，制备出发泡保温板。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板及其制备方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板，包括以下质量份原料：酚醛泡沫废料30～40份、有机相变保温材料15～25份、水泥25～35份、粉煤灰15～20份、脱硫石膏粉10～15份、碱激发剂2～3份、硅烷偶联剂1～1.5份、发泡剂A 3～4份、发泡剂B 5～10份、水30～40份；
所述有机相变保温材料以多孔聚苯乙烯微球为载体，吸附固定化癸酸、肉豆蔻酸、十四烷醇，并利用有机硅苯丙乳液包埋处理，制备方法具体如下：按质量份计，65～70℃加热熔化10～15份癸酸、0.8～2份肉豆蔻酸、6～8份十四醇后，加入乳化剂，搅拌均匀后，再加入100份多孔聚苯乙烯微球，在真空度为0.03～0.07MPa、温度为40～50℃的环境下，搅拌吸附1～2h，再于15～20℃冷却结晶2～6h，结晶过程中不断搅拌，再加入30～40份有机硅苯丙乳液，在功率为100W的紫外灯辐照下，25℃固化成膜后，得到有机相变保温材料。
优选的是，所述碱激发剂由氢氧化钠、磷酸三钠、柠檬酸钠按照1：(1～1.5)：(0.5～1.3)的质量比混合而成。
优选的是，所述发泡剂A由碳酸氢铵、偶氮二异丁腈按照1：(1～1.5)的质量比混合而成。
优选的是，所述发泡剂B由茶皂素、十二烷基苯磺酸钠、三乙醇胺、大豆蛋白水解液按1：(1.4～2)：(0.2～0.3)：(8～10)的质量比混合而成。
优选的是，所述大豆蛋白水解液的制备方法为：将大豆分离蛋白加入3倍质量的0.05～0.1％蛋白酶溶液中，32～40℃超声水解6～12h，即得。
一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板的制备方法，包括以下步骤：
S1：将酚醛泡沫废料、有机相变保温材料、水泥、粉煤灰、脱硫石膏粉、碱激发剂、硅烷偶联剂混合均匀后，加水搅拌均匀，得到混合浆料；
S2：采用压缩空气法对发泡剂B进行发泡，并将制成的泡沫与发泡剂A共同加入S1制出的混合浆料中，搅拌均匀后，注入模具中，自然养护20d，脱模，得到保温板初成品；
S3：于80～95℃加热保温板初成品，热解发泡3～6h，冷却后，即得所述相变发泡保温板。
本发明的有益效果：
1、本发明首次以酚醛泡沫废料为原料制备发泡保温板，赋予轻质、防火、保温隔热、阻燃的特性，同时，为酚醛泡沫废料的资源化利用开辟了新思路，提高其附加价值。
2、本发明首次以多孔聚苯乙烯微球为载体，吸附固定化癸酸、肉豆蔻酸、十四烷醇，再利用有机硅苯丙乳液进行包膜处理，形成类似于多孔聚苯乙烯微球-相变材料-有机硅苯丙乳液膜复合微胶囊结构，不仅彻底解决了液相泄露、过冷和相分离问题，而且显著提高了相变保温骨料的机械强度和抗蠕变性，同时，聚苯乙烯微球的多孔性质进一步提高了保温板的保温隔热性能，使保温板更轻质。
3、本发明利用发泡剂A和发泡剂B进行双重发泡，发泡剂A为化学热解发泡，发泡剂B为物理发泡，相比于单一的发泡方式，发泡率和发泡稳定性更高，显著提高保温板的孔隙率，使其具有质轻的特点，提高其保温隔热性能。
4、本发明建筑材料可作为屋顶隔热板或墙板使用，可降低室内温度7.2～8.9℃，并明显延迟室内峰值温度出现时间，可提高室内舒适度。
附图说明
图1为本发明基于陶瓷废料和酚醛泡沫废料的相变发泡保温板的制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备有机相变保温材料：按质量份计，65℃加热熔化10份癸酸、0.8份肉豆蔻酸、6份十四醇后，加入乳化剂，搅拌均匀后，再加入100份多孔聚苯乙烯微球，在真空度为0.03MPa、温度为40℃的环境下，搅拌吸附1h，再于15℃冷却结晶2h，结晶过程中不断搅拌，再加入30份有机硅苯丙乳液，在功率为100W的紫外灯辐照下，25℃固化成膜后，得到有机相变保温材料；
S2：制备碱激发剂：按照1：1：0.5的质量比将氢氧化钠、磷酸三钠、柠檬酸钠混合均匀；
S3：制备发泡剂A：按照1：1的质量比将碳酸氢铵、偶氮二异丁腈混合均匀；
S4：制备发泡剂B：
a.制备大豆蛋白水解液：将大豆分离蛋白加入3倍质量的0.05％蛋白酶溶液中，32℃超声水解6h，即得；
b.制备发泡剂B：按1：1.4：0.2：8的质量比将茶皂素、十二烷基苯磺酸钠、三乙醇胺、大豆蛋白水解液混合均匀；
S5：备料：按质量份，依次称取酚醛泡沫废料30份、有机相变保温材料15份、水泥25份、粉煤灰15份、脱硫石膏粉10份、碱激发剂2份、硅烷偶联剂1份、发泡剂A 3份、发泡剂B 5份、水30份；
S6：制备混合浆料：将酚醛泡沫废料、有机相变保温材料、水泥、粉煤灰、脱硫石膏粉、碱激发剂、硅烷偶联剂混合均匀后，加水搅拌均匀，得到混合浆料；
S7：采用压缩空气法对发泡剂B进行发泡，并将制成的泡沫与发泡剂A共同加入S6制出的混合浆料中，搅拌均匀后，注入模具中，自然养护20d，脱模，得到保温板初成品；
S8：于95℃加热保温板初成品，热解发泡6h，冷却后，即得所述相变发泡保温板。
实施例2
一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备有机相变保温材料：按质量份计，70℃加热熔化12.5份癸酸、1.5份肉豆蔻酸、7份十四醇后，加入乳化剂，搅拌均匀后，再加入100份多孔聚苯乙烯微球，在真空度为0.05MPa、温度为45℃的环境下，搅拌吸附1.5h，再于15℃冷却结晶4h，结晶过程中不断搅拌，再加入35份有机硅苯丙乳液，在功率为100W的紫外灯辐照下，25℃固化成膜后，得到有机相变保温材料；
S2：制备碱激发剂：按照1：1.2：0.8的质量比将氢氧化钠、磷酸三钠、柠檬酸钠混合均匀；
S3：制备发泡剂A：按照1：1.3的质量比将碳酸氢铵、偶氮二异丁腈混合均匀；
S4：制备发泡剂B：
a.制备大豆蛋白水解液：将大豆分离蛋白加入3倍质量的0.075％蛋白酶溶液中，36℃超声水解8h，即得；
b.制备发泡剂B：按1：1.6：0.25：9的质量比将茶皂素、十二烷基苯磺酸钠、三乙醇胺、大豆蛋白水解液混合均匀；
S5：备料：按质量份，依次称取酚醛泡沫废料35份、有机相变保温材料20份、水泥30份、粉煤灰18份、脱硫石膏粉12份、碱激发剂2.5份、硅烷偶联剂1.2份、发泡剂A 3.5份、发泡剂B 7.5份、水35份；
S6：制备混合浆料：将酚醛泡沫废料、有机相变保温材料、水泥、粉煤灰、脱硫石膏粉、碱激发剂、硅烷偶联剂混合均匀后，加水搅拌均匀，得到混合浆料；
S7：采用压缩空气法对发泡剂B进行发泡，并将制成的泡沫与发泡剂A共同加入S6制出的混合浆料中，搅拌均匀后，注入模具中，自然养护20d，脱模，得到保温板初成品；
S8：于95℃加热保温板初成品，热解发泡6h，冷却后，即得所述相变发泡保温板。
实施例3
一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备有机相变保温材料：按质量份计，70℃加热熔化15份癸酸、2份肉豆蔻酸、8份十四醇后，加入乳化剂，搅拌均匀后，再加入100份多孔聚苯乙烯微球，在真空度为0.07MPa、温度为50℃的环境下，搅拌吸附2h，再于20℃冷却结晶6h，结晶过程中不断搅拌，再加入40份有机硅苯丙乳液，在功率为100W的紫外灯辐照下，25℃固化成膜后，得到有机相变保温材料；
S2：制备碱激发剂：按照1：1.5：1.3的质量比将氢氧化钠、磷酸三钠、柠檬酸钠混合均匀；
S3：制备发泡剂A：按照1：1.5的质量比将碳酸氢铵、偶氮二异丁腈混合均匀；
S4：制备发泡剂B：
a.制备大豆蛋白水解液：将大豆分离蛋白加入3倍质量的0.1％蛋白酶溶液中，40℃超声水解12h，即得；
b.制备发泡剂B：按1：2：0.3：10的质量比将茶皂素、十二烷基苯磺酸钠、三乙醇胺、大豆蛋白水解液混合均匀；
S5：备料：按质量份，依次称取酚醛泡沫废料40份、有机相变保温材料25份、水泥35份、粉煤灰20份、脱硫石膏粉15份、碱激发剂3份、硅烷偶联剂1.5份、发泡剂A 4份、发泡剂B10份、水40份；
S6：制备混合浆料：将酚醛泡沫废料、有机相变保温材料、水泥、粉煤灰、脱硫石膏粉、碱激发剂、硅烷偶联剂混合均匀后，加水搅拌均匀，得到混合浆料；
S7：采用压缩空气法对发泡剂B进行发泡，并将制成的泡沫与发泡剂A共同加入S6制出的混合浆料中，搅拌均匀后，注入模具中，自然养护20d，脱模，得到保温板初成品；
S8：于95℃加热保温板初成品，热解发泡6h，冷却后，即得所述相变发泡保温板。
对比例1：与实施例1相同，区别在于，对比例1制备过程中不添加酚醛泡沫废料。
对比例2：与实施例1相同，区别在于，对比例1制备过程中不添加有机相变保温材料。
用实施例1～3及对比例1～2制出的相变发泡保温板作为墙板，分别拼接成0.5m×0.5m×0.5m的不封底正方体，作为模拟房屋，以模拟房屋内空间作为室内，当外界温度达38℃时，从底部打开一小缝，快速测定室内温度，并计算温度差。
对实施例1～3及对比例1～2制出的建筑材料进行性能测试，测定结果如下表所示：
Figure BDA0002678540330000041
实施例1～3首次以酚醛泡沫废料为原料制备发泡保温板，赋予轻质、防火、保温隔热、阻燃的特性，同时，为酚醛泡沫废料的资源化利用开辟了新思路，提高其附加价值。
实施例1～3首次以多孔聚苯乙烯微球为载体，吸附固定化癸酸、肉豆蔻酸、十四烷醇，再利用有机硅苯丙乳液进行包膜处理，形成类似于多孔聚苯乙烯微球-相变材料-有机硅苯丙乳液膜复合微胶囊结构，不仅彻底解决了液相泄露、过冷和相分离问题，而且显著提高了相变保温骨料的机械强度和抗蠕变性，同时，聚苯乙烯微球的多孔性质进一步提高了保温板的保温隔热性能，使保温板更轻质。
实施例1～3利用发泡剂A和发泡剂B进行双重发泡，发泡剂A为化学热解发泡，发泡剂B为物理发泡，相比于单一的发泡方式，发泡率和发泡稳定性更高，显著提高保温板的孔隙率，使其具有质轻的特点，提高其保温隔热性能。
实施例1～3建筑材料可作为屋顶隔热板或墙板使用，可降低室内温度7.2～8.9℃，并明显延迟室内峰值温度出现时间，可提高室内舒适度。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (6)

1.一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板，其特征在于，包括以下质量份原料：酚醛泡沫废料30～40份、有机相变保温材料15～25份、水泥25～35份、粉煤灰15～20份、脱硫石膏粉10～15份、碱激发剂2～3份、硅烷偶联剂1～1.5份、发泡剂A 3～4份、发泡剂B 5～10份、水30～40份；
所述有机相变保温材料以多孔聚苯乙烯微球为载体，吸附固定化癸酸、肉豆蔻酸、十四烷醇，并利用有机硅苯丙乳液包埋处理，制备方法具体如下：按质量份计，65～70℃加热熔化10～15份癸酸、0.8～2份肉豆蔻酸、6～8份十四醇后，加入乳化剂，搅拌均匀后，再加入100份多孔聚苯乙烯微球，在真空度为0.03～0.07MPa、温度为40～50℃的环境下，搅拌吸附1～2h，再于15～20℃冷却结晶2～6h，结晶过程中不断搅拌，再加入30～40份有机硅苯丙乳液，在功率为100W的紫外灯辐照下，25℃固化成膜后，得到有机相变保温材料。
2.根据权利要求1所述一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板，其特征在于，所述碱激发剂由氢氧化钠、磷酸三钠、柠檬酸钠按照1：(1～1.5)：(0.5～1.3)的质量比混合而成。
3.根据权利要求1所述一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板，其特征在于，所述发泡剂A由碳酸氢铵、偶氮二异丁腈按照1：(1～1.5)的质量比混合而成。
4.根据权利要求1所述一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板，其特征在于，所述发泡剂B由茶皂素、十二烷基苯磺酸钠、三乙醇胺、大豆蛋白水解液按1：(1.4～2)：(0.2～0.3)：(8～10)的质量比混合而成。
5.根据权利要求4所述一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板，其特征在于，所述大豆蛋白水解液的制备方法为：将大豆分离蛋白加入3倍质量的0.05～0.1％蛋白酶溶液中，32～40℃超声水解6～12h，即得。
6.如权利要求1～5任一项所述一种基于酚醛泡沫废料的相变发泡保温板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将酚醛泡沫废料、有机相变保温材料、水泥、粉煤灰、脱硫石膏粉、碱激发剂、硅烷偶联剂混合均匀后，加水搅拌均匀，得到混合浆料；
S2：采用压缩空气法对发泡剂B进行发泡，并将制成的泡沫与发泡剂A共同加入S1制出的混合浆料中，搅拌均匀后，注入模具中，自然养护20d，脱模，得到保温板初成品；
S3：于80～95℃加热保温板初成品，热解发泡3～6h，冷却后，即得所述相变发泡保温板。
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