CN112724454B - 一种环保型化学发泡剂及其制备方法 - Google Patents

一种环保型化学发泡剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环保型化学发泡剂及其制备方法，环保型化学发泡剂的制备方法，包括如下步骤：S1：将碳酸氢钠粉体加入无水乙醇配置成0.2‑0.8mol/L的溶液，将溶液在液氮中浸泡之后放置在冷冻干燥器36‑54h，得到待包覆碳酸氢钠粉体；S2：将环氧树脂加入到无水乙醇中，并在超声作用下完全溶解，然后加入待包覆碳酸氢钠粉体，待包覆碳酸氢钠粉体和环氧树脂质量比为1:1‑7，充分反应6‑10h，洗涤干燥后得到微球碳酸氢钠；S3：将棕榈酸加入到无水乙醇中，并在超声作用下完全溶解，并调节PH值至3‑6，然后加入微球碳酸氢钠，棕榈酸和微球碳酸氢钠质量比为1:1‑7，混合溶液充分反应8‑12h，洗涤干燥后得到环保型化学发泡剂。本发明无机发泡剂发泡质量好，稳定性高。

Description

一种环保型化学发泡剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种环保型化学发泡剂及其制备方法，主要应用于轻量化材料、保温材料及吸声材料领域。
背景技术
发泡剂的种类繁多，可分为有机发泡剂和无机发泡剂。其中无机发泡剂如碳酸氢钠，因有易储存、廉价、无毒、绿色环保等优点，在发泡领域得到广泛的应用。但是，由于其分温度低、分解温度区间宽，一般只能用于在橡胶、海绵等材料。因此,在聚烯烃材中的应用受到很大的限制。如何提供一种分解温度高，分解区间窄，且能满足聚烯烃材料功能化需求的发泡剂，成为本领域需解决的技术问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种环保型化学发泡剂及其制备方法，热固性树脂和有机酸构成外壳且升温可气化，无机发泡剂为芯层，外壳具有较好的保温性能和粘弹性能，保证芯层分解的气体温度提高，发泡质量好，稳定性高。
本发明通过下述技术方案实现：一种环保型化学发泡剂，包括芯层、第一包覆层和第二包覆层，所述芯层为无机发泡剂粉体，所述第一包覆层为热固性树脂，所述第二包覆层为有机酸，其中，所述热固性树脂包覆无机发泡剂粉体构成微球无机发泡剂，所述有机酸包覆微球无机发泡剂构成环保型化学发泡剂。
进一步，所述无机发泡剂粉体为碳酸氢钠粉体，所述热固性树脂为环氧树脂，所述有机酸为棕榈酸。
进一步，所述环保型化学发泡剂的粒径为30-80um。
环保型化学发泡剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将碳酸氢钠粉体加入无水乙醇配置成0.2-0.8mol/L的溶液，将溶液在液氮中浸泡之后放置在冷冻干燥器36-54h，得到待包覆碳酸氢钠粉体；
S2：将环氧树脂加入到无水乙醇中，并在超声作用下完全溶解，然后加入待包覆碳酸氢钠粉体，待包覆碳酸氢钠粉体和环氧树脂质量比为1:1-7，充分反应6-10 h，洗涤干燥后得到微球碳酸氢钠；
S3：将棕榈酸加入到无水乙醇中，并在超声作用下完全溶解，并调节PH值至3-6，然后加入微球碳酸氢钠，棕榈酸和微球碳酸氢钠质量比为1:1-7，混合溶液充分反应8-12 h，洗涤干燥后得到环保型化学发泡剂。
进一步，所述S1步骤中，冷冻干燥器的温度为-50℃~-90℃。
进一步，所述S2步骤中，充分反应的温度为60℃-90℃。
进一步，所述S3步骤中，混合溶液反应温度为50℃-100℃。
上述至少包括以下优点：
1、本发明一种环保型化学发泡剂及其制备方法，克服了传统碳酸氢钠发泡剂分解温度低和分解温度区间宽的缺点，利用多次包覆改性，使得改性碳酸氢钠的热分解性能得到明显的改善；
2、本发明一种环保型化学发泡剂及其制备方法，该发泡剂绿色环保，廉价易得，发泡效果好；
3、本发明一种环保型化学发泡剂及其制备方法，用于聚烯烃材料的发泡，发泡质量得到明显改善。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明环保型化学发泡剂结构示意图；
图2为本发明环保型化学发泡剂围观结构图；
图3为本发明环保型化学发泡剂包覆前后的SEM图；
图4为本发明环保型化学发泡剂包覆前后TG对照图；
图5为本发明环保型化学发泡剂包覆前后与PP共混制备的复合材料泡孔结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
在一个实施例中，一种环保型化学发泡剂，包括芯层、第一包覆层和第二包覆层，所述芯层为无机发泡剂粉体，所述第一包覆层为热固性树脂，所述第二包覆层为有机酸，其中，所述热固性树脂包覆无机发泡剂粉体构成微球无机发泡剂，所述有机酸包覆微球无机发泡剂构成环保型化学发泡剂。
在一个实施例中，所述无机发泡剂粉体为碳酸氢钠粉体，所述热固性树脂为环氧树脂，所述有机酸为棕榈酸。
在一个实施例中，所述环保型化学发泡剂的粒径为30-80um。
在一个实施例中，环保型化学发泡剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：将碳酸氢钠粉体加入无水乙醇配置成0.2-0.8mol/L的溶液，将溶液在液氮中浸泡之后放置在冷冻干燥器36-54h，得到待包覆碳酸氢钠粉体；
S2：将环氧树脂加入到无水乙醇中，并在超声作用下完全溶解，然后加入待包覆碳酸氢钠粉体，待包覆碳酸氢钠粉体和环氧树脂质量比为1:1-7，充分反应6-10 h，洗涤干燥后得到微球碳酸氢钠；
将棕榈酸加入到无水乙醇中，并在超声作用下完全溶解，并调节PH值至3-6，然后加入微球碳酸氢钠，棕榈酸和微球碳酸氢钠质量比为1:1-7，混合溶液充分反应8-12 h，洗涤干燥后得到环保型化学发泡剂。
在一个实施例中，所述S1步骤中，冷冻干燥器的温度为-50℃~-90℃。
在一个实施例中，所述S2步骤中，充分反应的温度为60℃-90℃。
在一个实施例中，所述S3步骤中，混合溶液反应温度为50℃-100℃。
实验例1
称取25.2g碳酸氢钠粉体加入含有1000 mL无水乙醇的溶液中，超声振动配置成0.3mol/L的溶液，在液氮中浸泡之后，-50℃条件下放置冷冻干燥器45h，得到待包覆碳酸氢钠粉体，记为A样品； 称取50 g环氧树脂，加入含有500 mL无水乙醇的溶液中，在超声的作用下使环氧树脂完全溶解，再加入A样品，环氧树脂与A样品的质量比为1:3，在温度为70℃的条件下反应6 h，取样后用无水乙醇，去离子水洗涤，在真空干燥箱中干燥24 h，得到微球碳酸氢钠，记为B样品；将50 g棕榈酸加入到500 mL无水乙醇中，在超声的作用下使棕榈酸完全溶解，调节PH=3，再加入B样品，棕榈酸与B样品的质量比为1:1，在温度为50℃的条件下，反应8 h，取样，洗涤，在真空干燥箱中干燥24 h，得到环保型化学发泡剂，取少量的样品做TG的测试，结果如表1所示，样品NaHCO3为空白对照组，样品PA/EP@SB为环保型化学发泡剂组。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
实验例2
称取42g碳酸氢钠粉体加入含有1000 mL无水乙醇的溶液中，超声振动配置成0.5mol/L的溶液，在液氮中浸泡之后，-70℃条件下放置冷冻干燥器36h，得到待包覆碳酸氢钠粉体，记为A样品； 称取50 g环氧树脂，加入含有500 mL无水乙醇的溶液中，在超声的作用下使环氧树脂完全溶解，再加入A样品，环氧树脂与A样品的质量比为1:3，在温度为75℃的条件下反应8 h，取样后用无水乙醇，去离子水洗涤，在真空干燥箱中干燥24 h，得到微球碳酸氢钠，记为B样品；将50 g棕榈酸加入到500 mL无水乙醇中，在超声的作用下使棕榈酸完全溶解，调节PH=4.5，再加入B样品，棕榈酸与B样品的质量比为1:3，在温度为75℃的条件下，反应10 h，取样，洗涤，在真空干燥箱中干燥24 h，得到环保型化学发泡剂，取少量的样品做TG的测试，结果如表2所示，样品NaHCO3为空白对照组，样品PA/EP@SB为环保型化学发泡剂组。
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE004
实验例3
称取58.8g碳酸氢钠粉体加入含有1000 mL无水乙醇的溶液中，超声振动配置成0.7mol/L的溶液，在液氮中浸泡之后，-90℃条件下放置冷冻干燥器54h，得到待包覆碳酸氢钠粉体，记为A样品； 称取50 g环氧树脂，加入含有500 mL无水乙醇的溶液中，在超声的作用下使环氧树脂完全溶解，再加入A样品，环氧树脂与A样品的质量比为1:7，在温度为90℃的条件下反应10 h，取样后用无水乙醇，去离子水洗涤，在真空干燥箱中干燥24 h，得到微球碳酸氢钠，记为B样品；将50 g棕榈酸加入到500 mL无水乙醇中，在超声的作用下使棕榈酸完全溶解，调节PH=6，再加入B样品，棕榈酸与B样品的质量比为1:7，在温度为100℃的条件下，反应12 h，取样，洗涤，在真空干燥箱中干燥24 h，得到环保型化学发泡剂，取少量的样品做TG的测试，结果如表3所示，样品NaHCO3为空白对照组，样品PA/EP@SB为环保型化学发泡剂组。
表3
Figure DEST_PATH_IMAGE006
实验例4
将实验例1、实验例2、实验例3的环保型化学发泡剂与低密度聚乙烯按质量比20:80在110℃下共混制备发泡母粒1、发泡母粒2、发泡母粒3，将发泡母粒1-3分别与聚丙烯基材以质量比10:90加入到注塑机中制备发泡材料，注塑具体参数为：注射压力为45 MPa、注射速度为90 mm/s、冷却时间30s，各段温度：四区190℃、三区188℃、二区185℃、一区180℃。将上述的发泡材料进行减重和发泡质量表征，结果如表4所示，NaHCO3与聚丙烯基材以质量比10:90加入到注塑机中制备发泡材料为空白对照组。
表4
Figure DEST_PATH_IMAGE008
实验例1-3中得到的环保型化学发泡剂的宏观结构、微观结构、微观形貌特诊，如图1-3所示，图1（a）为碳酸氢钠粉体的结构示意图，图1（b）本发明环保型化学发泡剂结构示意图，由图1（b）可看到芯层包覆有双层结构；图2（a）为碳酸氢钠粉体的微观结构，图2（b）本发明环保型化学发泡剂的微观结构；图3（a）为碳酸氢钠粉体的SEM图，图3（b）本发明环保型化学发泡剂的SEM图。
实验例1-3中得到的环保型化学发泡剂的TG曲线，如图4所示，图4（a）为碳酸氢钠粉体的TG图，图4（b）本发明环保型化学发泡剂TG图，再结合表1-3，可得知，本发明环保型化学发泡剂服了传统碳酸氢钠发泡剂分解温度低和分解温度区间宽的缺点，利用多次包覆改性，使得改性碳酸氢钠的热分解性能得到明显的改善。
实验例4中得到的发泡材料的泡孔结构，如图5所示，图5（a）为碳酸氢钠粉体与聚丙烯共混复合材料的泡孔结构图，图5（b）为本发明环保型化学发泡剂与聚丙烯共混复合材料的泡孔结构图，结合表4，可得知，本发明环保型化学发泡剂用于聚丙烯发泡，泡孔平均直径小，泡孔密度大，发泡质量得到明显改善。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种环保型化学发泡剂，其特征在于，包括芯层、第一包覆层和第二包覆层，所述芯层为无机发泡剂粉体，所述第一包覆层为热固性树脂，所述第二包覆层为有机酸，其中，所述热固性树脂包覆无机发泡剂粉体构成微球无机发泡剂，所述有机酸包覆微球无机发泡剂构成环保型化学发泡剂；
所述无机发泡剂粉体为碳酸氢钠粉体，所述热固性树脂为环氧树脂，所述有机酸为棕榈酸；
所述环保型化学发泡剂的粒径为30-80um。
2.根据权利要求1所述环保型化学发泡剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将碳酸氢钠粉体加入无水乙醇配置成0.2-0.8mol/L的溶液，将溶液在液氮中浸泡之后放置在冷冻干燥器36-54h，得到待包覆碳酸氢钠粉体；
S2：将环氧树脂加入到无水乙醇中，并在超声作用下完全溶解，然后加入待包覆碳酸氢钠粉体，待包覆碳酸氢钠粉体和环氧树脂质量比为1:1-7，充分反应6-10 h，洗涤干燥后得到微球碳酸氢钠；
S3：将棕榈酸加入到无水乙醇中，并在超声作用下完全溶解，并调节PH值至3-6，然后加入微球碳酸氢钠，棕榈酸和微球碳酸氢钠质量比为1:1-7，混合溶液充分反应8-12 h，洗涤干燥后得到环保型化学发泡剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述S1步骤中，冷冻干燥器的温度为-50℃~-90℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述S2步骤中，充分反应的温度为60℃-90℃。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述S3步骤中，混合溶液反应温度为50℃-100℃。
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