CN114230868A - 一种轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料及其制备方法和应用，涉及泡沫材料技术领域。轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的制备方法，无需高温高压条件，降低了生产能耗；加工方式简易，降低了生产成本；制备过程无有害物质产生，且天然高分子材料100％生物降解，无需工业条件高温降解，减少城市固废处理压力及环境污染。上述制备方法制备的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料，通过添加无机填料的天然高分子材料，增加了力学和阻燃性能；且材料内部为全开孔结构，有良好的保温隔热性能；材料流动性(成型性)好，便于施工和推广，可应用于临时建筑(如临时工棚、样板房、展览房)以及室内、密闭环境(如防火门、冷库墙体中间层等)。

Description

一种轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及泡沫材料技术领域，尤其涉及一种轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会飞速发展，人们生活质量迅速提高，使用暖气、空调和地暖等来提高舒适度的现象越来越普遍，但这也导致了民用住宅和商业建筑能源消耗的剧增。建筑墙体保温材料作为建筑节能的一个重要研究领域，已经成为全球保温材料领域研究的重点。外墙保温系统中保温层的性能决定了墙体的保温效率，是建筑节能的关键，同时也在避免火灾风险中至关重要。
由于之前国家对建筑保温材料领域缺乏相关的火灾风险研究和立法，大量的有机保温材料被运用到建筑墙体中，如聚氨酯泡沫(Polyurethane foam,PUF)、膨胀聚苯板(Expanded polystyrene,EPS)与挤塑聚苯板(Extruded polystyrene,XPS)，虽然这类有机材料保温性能良好且质轻，但却极易燃烧，且在燃烧时会生成大量的烟雾和有毒气体，增加了在火灾中窒息死亡的概率。市面上现有的传统无机类保温材料有保温砂浆、泡沫玻璃、发泡水泥等。这类无机泡沫绝热材料的热导率随时间保持稳定，但机械强度低和脆性是这类材料的主要问题。除此之外，普遍存在吸水率高、导热系数较高、较大的容重等问题，有些还需要在高温下制备，增加了生产耗能。
基于有机和无机材料各自的优点和缺点，针对结合两者优点的复合材料的研究和产品也越来越多。通过控制配比，复合材料在性能上可以综合无机和有机材料的优点而弱化其缺点。但是这类复合材料涉及到的制备工艺就相对较为复杂，相应成本也较高，大多还处在实验室研究阶段，离真正大范围应用还有很长一段路要走。因此，对于复合材料，如何简化工艺流程、降低成本是未来重点突破的方向。
因此，本领域迫切需要开发出一种轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的制备方法，能够简化工艺流程、降低成本；且该制备方法制备得到的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料应具有良好的力学性能、阻燃性能、保温隔热性能、材料流动性(成型性)；同时，该轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料应用范围应广阔，可应用于临时建筑(如临时工棚、样板房、展览房)以及室内、密闭环境(如防火门、冷库墙体中间层等)。
发明内容
本发明是为了解决市面上现存的保温材料中的一些缺陷，通过有机天然高分子材料与不同的无机填料复合，利用溶胶-凝胶原理，提供了一种在接近常温下制备轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的制备方法，该制备方法不依赖高温高压条件，降低了生产能耗；加工方式简易，降低了生产成本；整个制备过程无有害物质产生，且天然高分子材料100％生物降解，无需工业条件高温降解，减少城市固废处理压力及环境污染。
本发明提供采用上述制备方法制备得到的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料，通过添加无机填料的天然高分子材料，增加了力学和阻燃性能；且复合材料内部为全开孔结构，具有良好的保温隔热性能；材料流动性(成型性)好，便于施工和推广。
本发明提供的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料可应用于临时建筑(如临时工棚、样板房、展览房)以及室内、密闭环境(如防火门、冷库墙体中间层等)。
一种轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，原料配比，按重量比计，提供天然高分子材料溶质1-50份、溶剂水50-99份、辅料6-50份、表面活性剂0.01-10份；
S2，浆料制备，将溶质溶于溶剂中，形成溶胶，加入表面活性剂，搅拌10-40min，得到凝胶浆料；
S3，凝胶发泡，向凝胶浆料的液相中直接引入气相进行发泡，并使气相在液相中混合均匀、充分，得到液态泡沫；
S4，复合成型，将S3的液态泡沫搅拌均匀后置于模具中，得到预设形状的液态泡沫；
S5，固化干燥，将S4的液态泡沫固化、干燥，得到轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料；
所述辅料包括无机填料和助剂，所述无机填料选自膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、空心玻璃微珠中的至少一种，所述助剂选自阻燃剂、增塑剂、色素、防腐剂中的至少一种；
所述无机填料与天然高分子材料溶质的质量比为1：2-1：4。
优选的，所述天然高分子材料选自琼脂、卡拉胶、海藻酸、果胶、明胶、蝗虫豆胶、阿拉伯树胶、改性纤维素、纳米纤维素、改性淀粉及其衍生物、黄原胶、盖兰胶或其它类似材料中的一种或多种。
优选的，所述辅料在S2中加入溶胶中形成凝胶浆料或/和在S4中加入形成预设形状的液态泡沫。
优选的，所述表面活性剂选自十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、新洁尔灭、洗必泰、辛基酚聚氧乙烯(9)醚、聚乙二醇辛基苯基醚的至少一种。
优选的，步骤S3中，所述气相选自空气、压缩空气、二氧化碳、氮气中的一种；发泡倍率5-20。
优选的，步骤S3中，所述的发泡方式为液态物理发泡，发泡温度为30-70℃。
优选的，步骤S4中，所述搅拌为恒温搅拌；搅拌条件为：搅拌温度30-60℃，搅拌频率200-300rpm。
优选的，步骤S5中，所述固化为交联固化，交联固化为物理交联、化学交联、包含光、热等物理催化和化学催化交联中的任一种方式。
本发明还公开一种轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料，所述轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料为采用上述的制备方法制备得到；所述轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料内部呈现全开孔结构，平均孔径为446.35±240.45μm，密度为20-60kg/m3，导热系数为0.02-0.08W/(m·k)，压缩强度为4-110kPa，耐800℃高温。
本发明还公开上述的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料，在建筑材料中的应用。具体的，在临时建筑(如临时工棚、样板房、展览房)以及室内、密闭环境(如防火门、冷库墙体中间层等)的应用。
有益效果：
(1)本发明的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的制备方法，通过溶胶-凝胶原理，在接近常温下就能发泡。通过物理发泡原理，通过气泵直接注入空气形成全开孔的泡结构，形成了一层阻隔层，有效隔绝材料两边的热传导，并且对中高频音段也有一定的降噪功能。并且在成分选择上，热固性天然高分子较热塑性材料有着更好的阻燃性能，燃烧时没有熔滴、离火后自熄；天然高分子分子结构决定了材料优异的化学性能(化学改性等)和复合性能，方便扩大材料的应用范围。
(2)本发明提供的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的制备方法，不依赖高温高压条件，降低了生产能耗；简易的加工方式，降低了生产成本；整个生产过程无有害物质产生，且天然高分子材料100％生物降解，无需工业条件高温降解，减少城市固废处理压力及环境污染。
(3)本发明所使用的无机填料中：膨胀蛭石具有清晰的层状结构，因而具有很好的保温隔热性能，膨胀蛭石来源于天然矿石，膨胀后的蛭石容重在130-380kg/m3之间，质轻、不燃，且来源广泛，价格便宜；膨胀珍珠岩内部为蜂窝状的多孔结构，来源于天然矿石，密度在80-300kg/m3之间，轻质、不燃、抗腐蚀、隔热、吸音性能优异，来源广泛，价格便宜；空心玻璃微珠为空心壳体结构，堆积密度为200kg/m3，重量轻；导热系数为0.039W·m-1·K-1，隔热性能优异，硼酸盐类的化学性质决定了抗压强度高和化学性能稳定等优异性能，用来减轻重量、降低成本和提高产品性能。
(4)本发明的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料，通过添加无机填料的天然高分子材料，增加了力学和阻燃性能；且复合材料内部为全开孔结构，具有良好的保温隔热性能；材料流动性(成型性)好，便于施工和推广。本发明的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料密度低；保温性能优异，导热系数能低至0.03W/(m·k)；阻燃性能优异，耐800℃高温，燃烧时没有明火、无熔滴、离火自熄。本发明的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的内部呈现全开孔结构，平均孔径为446.35±240.45μm，密度为20-60kg/m3，导热系数低至0.02-0.07W/(m·k)，压缩强度为4-110kPa；在酒精喷灯火焰下(火焰温度在800-1300℃)，燃烧无明火或者当燃烧有明火时，离开火焰后明火自动熄灭，不存在阴燃现象。
(5)这些综合性能使本发明提供的轻型隔热阻燃天然高分子复合泡沫材料适用于建筑保温、阻燃、降噪材料，可用于室内或室外，室温或高温用途等。另外天然高分子的可生物降解性，决定了轻型隔热阻燃天然高分子复合泡沫材料是绿色环保材料，符合各行业节能环保的要求，应用范围广阔，例如：隔热防火板，天然高分子复合泡沫材料由于耐候性较差，可用于室内环境保温防火产品，如防火门芯材等；空心保温墙夹层，本发明提供的天然高分子复合泡沫材料，可在液态时由便携式设备现场发泡注入空腔，与墙体完美结合，形成高效保温层；天然高分子复合泡沫材料的可降解性使得材料可应用在临时建筑(如临时工棚、样板房、展览房等)。
附图说明
为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料制备方法的示意图；
图2为纯天然高分子泡沫材料结构的内部泡孔结构图；
图3为本发明实施例1所选用的无机填料膨胀蛭石的结构图；
图4(a)为本发明实施例2所选用的无机填料膨胀珍珠岩的颗粒图；
图4(b)为本发明实施例2所选用的无机填料膨胀珍珠岩的表面多孔结构图；
图5为本发明实施例3所选用的无机填料空心玻璃微珠的壳体结构图；
图6为本发明实施例1的膨胀蛭石复合天然高分子材料后的显微照片；
图7为本发明实施例2的膨胀珍珠岩复合天然高分子材料后的显微照片；
图8为本发明实施例3的空心玻璃微珠复合天然高分子材料后的扫描电镜图；
图9为本发明对比例3的膨胀蛭石复合天然高分子材料后的示意图；
图10为本发明对比例4的膨胀珍珠岩复合天然高分子材料后的示意图；
图11(a)为纯某天然高分子泡沫结构的照片；
图11(b)为纯某天然高分子泡沫结构的显微照片；
图12为本发明实施例3的空心玻璃微珠复合天然高分子材料后燃烧30s的示意图；
图13为本发明的天然高分子复合泡沫材料的应用空心墙体的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下，基于本发明权利要求所属技术所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
参见图1，本发明提供一种轻型隔热阻燃天然高分子复合泡沫材料的制备方法，适用于具有溶胶-凝胶特性的材料，包括以下步骤：
S1，原料配比，按重量比计，提供天然高分子材料溶质1-50份、溶剂水50-99份、辅料6-50份、表面活性剂0.01-10份。
天然高分子可来源于动物、植物、微生物以及海洋生物，具有溶胶-凝胶特性，合适的例子包括琼脂、卡拉胶、海藻酸、果胶、明胶、蝗虫豆胶、阿拉伯树胶、改性纤维素、纳米纤维素、改性淀粉及其衍生物、黄原胶、盖兰胶或其它类似材料中的一种或多种。纯天然高分子泡沫材料结构如图2所示。
所述辅料包括无机填料和助剂，所述无机填料选自膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、空心玻璃微珠中的至少一种，所述助剂选自阻燃剂、增塑剂、色素、防腐剂中的至少一种。所述辅料在S2中加入溶胶中形成凝胶浆料或在S4中加入形成预设形状的液态泡沫。
膨胀蛭石具有清晰的层状结构(如图3所示)，因而具有很好的保温隔热性能；膨胀蛭石来源于天然矿石，膨胀后的蛭石容重在130-380kg/m3之间，质轻、不燃，且来源广泛，价格便宜。
膨胀珍珠岩(如图4(a)所示)内部为蜂窝状的多孔结构(如图4(b)所示)，来源于天然矿石，密度在80-300kg/m3之间，轻质、不燃、抗腐蚀、隔热、吸音性能优异，来源广泛，价格便宜。
空心玻璃微珠为空心壳体结构(如图5所示)，堆积密度为200kg/m3，重量轻；导热系数为0.039W·m-1·K-1，隔热性能优异；硼酸盐类的化学性质决定了抗压强度高和化学性能稳定等优异性能，用来减轻重量、降低成本和提高产品性能。
所述无机填料与天然高分子材料溶质的质量比为1：2-1：4。
本发明的一些实施例中，可选用的表面活性剂有：十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、新洁尔灭、洗必泰、辛基酚聚氧乙烯(9)醚、聚乙二醇辛基苯基醚等。
S2，浆料制备，将溶质溶于溶剂中，形成溶胶，加入表面活性剂，搅拌10-40min，得到凝胶浆料。
在步骤S2制浆中，可对原料进行必要预处理，再由制浆设备制成凝胶状的浆料，以备发泡。在其他实施例中，所述添加剂用于调控浆料的流变性、发泡性、稳定性、或泡沫的使用性能；所述添加剂包括但不限于以下：发泡剂，表面活性剂，阻燃剂，增塑剂，交联剂，色素，防腐剂中的一种或多种。
S3，凝胶发泡，向凝胶浆料的液相中直接引入气相进行发泡，并使气相在液相中混合均匀、充分，得到液态泡沫。
在步骤S3中，向S2制得的浆料由发泡机的气泵注入气体，反应釜负责浆料的均匀化，发泡机还具有浆体和气体输送和计量、气相在液相中分散和均匀化及控制等主要功能。气体一般是压缩空气，但根据特殊要求也可使用其它气体，如二氧化碳和氮气等。气相分散和均匀化一般采用机械搅拌或震荡原理。由于机械搅拌转速或震荡振幅和频率会影响泡结构，可在发泡机额定范围内选取参数。
本发明的一些实施例中，所述的发泡方式适用于常温发泡，较熔融态发泡大大降低了能耗。
具体的，发泡倍率5-20倍；所述的发泡方式为液态物理发泡，发泡温度为30-70℃。
S4，复合成型，将S3的液态泡沫搅拌均匀后置于模具中，得到预设形状的液态泡沫。
步骤S4中，将S3中制得的泡沫置于具有保温和搅拌功能的容器中，根据需要添加不同种类和质量的无机填料，搅拌混合均匀后将复合泡沫置于模具中，模具的形状可以根据产品需求的不同而定制。也可以直接现场发泡后注入空腔成型，如空心保温墙、暖气输送管道等。具体的，所述搅拌为恒温搅拌；搅拌条件为：搅拌温度30-60℃，搅拌频率200-300rpm。
S5，固化干燥，将S4的液态泡沫固化、干燥，得到轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料。
在步骤S5中，将S4的液态泡沫进行交联固化反应，同时干燥过程也在这一步完成，形成稳定的天然高分子泡沫结构。可采用干燥设备或自然干燥将S4的复合天然高分子液态泡沫转化为固态泡沫材料。当然，根据不同的产品需求，也可以采用不同的固化或干燥方式，如冷冻干燥或超临界干燥。
本发明的一些实施例中，在S5的固化成型中采用热处理的处理方式，但不排除采用其他交联方式，如用光、微波、高能射线等作用，或添加化学交联剂进行化学交联，使性能满足特定应用场景下的要求。
本发明的一些实施例中，所述的轻型隔热阻燃天然高分子复合泡沫材料根据产品要求不同，可添加不同种类和含量的无机填料，无机填料的添加顺序也有所不同，具体说明如下：
无机填料的颗粒度较小，可在S2步骤中加入溶胶中形成浆料，直接发泡，如空心玻璃微珠复合天然高分子制备的轻型隔热阻燃材料。
本发明的一些实施例中，在步骤S2的浆料配制过程中，或步骤S4复合填料的过程中，还可以添加其他助剂，如阻燃剂、增塑剂、色素和防腐剂等一种或多种改善产品性能的助剂。
实施例1
一种轻型隔热阻燃天然高分子复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，原料配比，按重量比计，提供天然高分子材料溶质15份、溶剂水85份、辅料6份、表面活性剂5份；
S2，浆料制备，将溶质溶于溶剂中，形成溶胶，加入表面活性剂，搅拌25min，得到凝胶浆料；
S3，凝胶发泡，向凝胶浆料的液相中直接引入气相进行发泡，并使气相在液相中混合均匀、充分，得到液态泡沫；
S4，复合成型，将S3的液态泡沫搅拌均匀后置于模具中，得到预设形状的液态泡沫；
S5，固化干燥，将S4的液态泡沫固化、干燥，得到轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料。
步骤S3中，所述气相为空气；所述发泡倍率为9。
步骤S3中，所述的发泡方式为液态物理发泡，发泡温度为60℃。
步骤S4中，所述搅拌为恒温搅拌；搅拌条件为：搅拌温度50℃，搅拌频率250rpm。
优选的，步骤S5中，所述固化为交联固化，交联固化为热处理的处理方式。
所述辅料包括无机填料和助剂，所述无机填料选为膨胀蛭石，所述助剂选为防腐剂。膨胀蛭石5份，防腐剂1份。
所述天然高分子材料为卡拉胶。
辅料中的膨胀蛭石在S2中加入溶胶中形成凝胶浆料，防腐剂在S4中加入形成预设形状的液态泡沫。
所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠。
实施例1制备得到的天然高分子-膨胀蛭石复合材料的结构均一，如显微照片(图6)显示，蛭石均匀分散在天然高分子泡沫材料的孔结构中；天然高分子发泡基体包围于所述的蛭石周围，天然高分子泡孔结构基本完好。
实施例2
与实施例1的不同之处仅在于，所选无机填料为膨胀珍珠岩。
实施例2制备得到的天然高分子-膨胀珍珠岩复合材料的结构均一，如显微照片(图7)显示，珍珠岩均匀分散在天然高分子泡沫材料的孔结构中；天然高分子发泡基体包围于所述的珍珠岩周围，天然高分子泡孔结构基本完好。
实施例3
与实施例1的不同之处仅在于，所选无机填料为空心玻璃微珠。
实施例3制备得到的天然高分子-空心玻璃微珠复合材料的结构均一，如扫描电镜图(图8)显示，泡壁结构由天然高分子和空心玻璃微珠共同组成，以天然高分子为粘结剂；空心玻璃微珠颗粒密集均匀排列在复合泡沫材料的泡壁上。
实施例4
与实施例1的不同之处仅在于，S1中原料配比不同。
一种轻型隔热阻燃天然高分子复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，原料配比，按重量比计，提供天然高分子材料溶质30份、溶剂水50份、辅料9份、表面活性剂0.01份；
S2，浆料制备，将溶质溶于溶剂中，形成溶胶，加入表面活性剂，搅拌10min，得到凝胶浆料；
S3，凝胶发泡，向凝胶浆料的液相中直接引入气相进行发泡，并使气相在液相中混合均匀、充分，得到液态泡沫；
S4，复合成型，将S3的液态泡沫搅拌均匀后置于模具中，得到预设形状的液态泡沫；
S5，固化干燥，将S4的液态泡沫固化、干燥，得到轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料。
步骤S3中，所述气相为空气；所述发泡倍率为9。
步骤S3中，所述的发泡方式为液态物理发泡，发泡温度为70℃。
步骤S4中，所述搅拌为恒温搅拌；搅拌条件为：搅拌温度40℃，搅拌频率200rpm。
优选的，步骤S5中，所述固化为交联固化，交联固化为热处理的处理方式。
所述辅料包括无机填料和助剂，所述无机填料选为膨胀蛭石，所述助剂选为防腐剂。膨胀蛭石8份，防腐剂1份。
所述天然高分子材料为琼脂。
辅料中的膨胀蛭石在S2中加入溶胶中形成凝胶浆料，防腐剂在S4中加入形成预设形状的液态泡沫。
所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
实施例5
与实施例1的不同之处仅在于，S1中原料配比不同。
一种轻型隔热阻燃天然高分子复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，原料配比，按重量比计，提供天然高分子材料溶质40份、溶剂水80份、辅料30份、表面活性剂10份；
S2，浆料制备，将溶质溶于溶剂中，形成溶胶，加入表面活性剂，搅拌40min，得到凝胶浆料；
S3，凝胶发泡，向凝胶浆料的液相中直接引入气相进行发泡，并使气相在液相中混合均匀、充分，得到液态泡沫；
S4，复合成型，将S3的液态泡沫搅拌均匀后置于模具中，得到预设形状的液态泡沫；
S5，固化干燥，将S4的液态泡沫固化、干燥，得到轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料。
步骤S3中，所述气相为空气；所述发泡倍率为12。
步骤S3中，所述的发泡方式为液态物理发泡，发泡温度为60℃。
步骤S4中，所述搅拌为恒温搅拌；搅拌条件为：搅拌温度60℃，搅拌频率300rpm。
优选的，步骤S5中，所述固化为交联固化，交联固化为热处理的处理方式。
所述辅料包括无机填料和助剂，所述无机填料选为膨胀蛭石，所述助剂选为防腐剂。膨胀蛭石20份，防腐剂10份。
所述天然高分子材料为盖兰胶。
辅料中的膨胀蛭石在S2中加入溶胶中形成凝胶浆料，防腐剂在S4中加入形成预设形状的液态泡沫。
所述表面活性剂为聚乙二醇辛基苯基醚。
对比例1
与实施例1的不同之处仅在于，辅料中不含膨胀蛭石。
对比例2
与实施例1的不同之处仅在于，膨胀蛭石份数不同。
对比例2中，天然高分子材料溶质10份、膨胀蛭石30份；即膨胀蛭石比例过高。
对比例2制备的天然高分子-膨胀蛭石复合材料的结构如图9，泡沫制品性降低，成品表面不平整，存在掉渣情况，性能也受到很大影响，如保温性能下降。
对比例3
与实施例2的不同之处仅在于，膨胀珍珠岩份数不同。
对比例3中，天然高分子材料溶质10份、膨胀珍珠岩30份；即膨胀珍珠岩(粉末)比例过高。
对比例3制备的天然高分子-膨胀珍珠岩复合材料的结构如图10，泡沫制品性降低，成品表面不平整，存在掉渣情况，性能也受到很大影响，如保温性能下降。
对比例4
与实施例1的不同之处仅在于，膨胀蛭石份数不同。
对比例4中，天然高分子材料溶质10份、膨胀蛭石2份；即膨胀蛭石比例过低。
对比例5
与实施例2的不同之处仅在于，膨胀珍珠岩份数不同。
对比例5中，天然高分子材料溶质10份、膨胀珍珠岩2份；即膨胀珍珠岩(粉末)比例过低。
对比例6
与实施例1的不同之处仅在于，发泡倍率不同。
对比例6中，发泡倍率为25，即发泡倍率过高。
对比例7
与实施例1的不同之处仅在于，发泡倍率不同。
对比例7中，发泡倍率为1.5，即发泡倍率过低。
将实施例1-5以及对比例1-10制备得到的天然高分子复合泡沫材料进行以下性能测试。
平均孔径测试
纯某天然高分子泡沫结构照片(a)显微照片(b)泡沫结构SEM照片以发泡倍率ER＝12的纯某天然高分子泡沫为例，如图所示，可以看出纯某天然高分子泡沫的孔径分布较广泛。以图11中的(a)为统计基础，用ImageJ软件进行统计分析，得到结果，统计到的最大尺寸能到达1451.679μm，最小尺寸169.698μm，平均孔径在446.35±240.45μm。
用到的相应仪器有：蔡司光学显微镜，扫描电镜，ImageJ软件。
密度测试
泡沫制品构成泡壁的固体材料密度称为真实密度(ρt)，而包含孔隙的泡沫密度称为表观密度(ρ0)。表观密度测量过程如下：将泡沫从模具中取出后，与干燥环境(23±2℃)放置16h，按照国标《GB/T 6343-2009泡沫塑料及橡胶表观密度的测定》中要求的标准，按式(1)计算表观密度(ρ0)：
Figure BDA0003471470720000131
式中：ρ0——表观密度，单位为g/cm3；
m——样品的质量，单位为g；
v——样品的体积，单位为cm。
所用到的相应仪器有：游标卡尺、电子天平。
导热系数测试
泡沫材料属于热的不良导体，按照国标《GB/T 10295-2008绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法》中规定的测试方法，使用湘潭湘仪仪器有限公司生产的DRPL-Ⅲ导热系数测试仪对样品进行测试。热流计法测量原理如下：处于样品与平板之间矫正过的热流传感器测量通过样品的厚度、冷、热板间的温度梯度及通过样品的热流，计算出样品的热导系数。实验设置冷板温度为10℃，热板温度为35℃，样品大小为15×15cm，每种试样独立重复3次，确认无异常变化后取平均值。
所用到的相应仪器有：湘潭湘仪仪器DRPL-Ⅲ导热系数测试仪。
压缩强度测试
按照国家标准《GB/T8813-2008硬质泡沫塑料压缩性能的测定》对产品进行力学压缩性能的判定。使用TST-C1009E型号的万能试验机，以5mm/min的下压速率压缩50×50×50mm的试样，直到样品厚度达到初始厚度的85％，每种试样独立重复3次，确认无异常变化后取平均值。
所用到的相应仪器有：TST-C1009E型号的万能试验机。
耐高温测试
参考国家标准《GB/T 8333-2008硬质泡沫塑料燃烧性能试验方法垂直燃烧法》中规定的标准，将样品切割成40×160×10mm，等酒精喷火焰稳定出现蓝色内核时，保持初始燃烧火焰高度在50mm左右，燃烧样品30s，用摄像机记录燃烧时0、5、10、20和30s时刻的燃烧状态进行对比分析，定性评估样品的阻燃性能。
所用到的相应仪器有：酒精喷灯、直尺、秒表、电子摄像机。
得到的孔隙率、密度、导热系数、压缩压强测试的具体结果如下表1所示。
表1孔隙率、密度、导热系数、压缩压强测试结果
孔隙率/％ 密度/kg/m<sup>3</sup> 导热系数/W/(m·k) 压缩强度/kPa
实施例1 87 36 0.04 5
实施例2 84 32 0.04 6
实施例3 87 43 0.05 93
实施例4 90 25 0.04 4
实施例5 79 50 0.05 5
对比例1 98 15 0.03 3
对比例2 - 70 - -
对比例3 - 40 - -
对比例4 - 20 - -
对比例5 - 18 - -
对比例6 98 10 0.02 -
对比例7 85 30 0.04 40
其中，耐高温测试结果如下表2。
表2耐高温测试结果
Figure BDA0003471470720000141
Figure BDA0003471470720000151
由表1-2可知，对比例1和对比例3-7虽然密度较低，但是耐高温测试的表现均不如实施例3，即阻燃性能不佳；而对比例2不仅密度较高，且耐高温测试的表现也不佳。实施例1-5不仅密度、导热系数和压缩强度表现良好，同时耐高温测试的表现较好；其中，实施例4在无机填料比例较低的情况下，有较高的孔隙率、导热系数和压缩强度，同时密度较低，仅阻燃性能较差，弱于实施例3；同时，实施例1-3中点燃后无明火，即表现出显著的隔热阻燃性能。因此，本发明的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料密度低、孔隙率高、导热系数高、压缩强度高，同时具有显著的隔热阻燃性能。
本发明实施例3的空心玻璃微珠复合天然高分子材料后燃烧30s的示意图如图12。空心玻璃微珠复合天然高分子材料点燃后无明火，不存在阴燃现象。燃烧的部分有明显碳化，但样品几乎无形变，整个燃烧过程没有熔滴，且随着空心玻璃微珠含量的增加，复合材料各阶段燃烧时火焰大小、燃烧面积以及受热形变量均有明显降低，显示的优良的阻燃性能。
本发明制备的天然高分子复合泡沫材料，可在液态时由便携式设备现场发泡注入空腔，与墙体完美结合，形成高效保温层，如图13所示。
因此，本发明的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的内部呈现全开孔结构，平均孔径在446.35±240.45μm，密度20-60kg/m3，导热系数低至0.02-0.07W/(m·k)，压缩强度为4-110kPa；在酒精喷灯火焰下(火焰温度在800-1300℃)，燃烧无明火或者当燃烧有明火时，离开火焰后明火自动熄灭，不存在阴燃现象。
综上可知，轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的制备方法，无需高温高压条件，降低了生产能耗；加工方式简易，降低了生产成本；制备过程无有害物质产生，且天然高分子材料100％生物降解，无需工业条件高温降解，减少城市固废处理压力及环境污染。
上述制备方法制备的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料，通过添加无机填料的天然高分子材料，增加了力学和阻燃性能；且材料内部为全开孔结构，有良好的保温隔热性能；材料流动性(成型性)好，便于施工和推广，可应用于临时建筑(如临时工棚、样板房、展览房)以及室内、密闭环境(如防火门、冷库墙体中间层等)。
以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，原料配比，按重量比计，提供天然高分子材料溶质1-50份、溶剂水50-99份、辅料6-50份、表面活性剂0.01-10份；
S2，浆料制备，将溶质溶于溶剂中，形成溶胶，加入表面活性剂，搅拌10-40min，得到凝胶浆料；
S3，凝胶发泡，向凝胶浆料的液相中直接引入气相进行发泡，并使气相在液相中混合均匀、充分，得到液态泡沫；
S4，复合成型，将S3的液态泡沫搅拌均匀后置于模具中，得到预设形状的液态泡沫；
S5，固化干燥，将S4的液态泡沫固化、干燥，得到轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料；
所述辅料包括无机填料和助剂，所述无机填料选自膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、空心玻璃微珠中的一种，所述助剂选自阻燃剂、增塑剂、色素、防腐剂中的至少一种；
所述无机填料与天然高分子材料溶质的质量比为1：2-1：4。
2.根据权利要求1所述的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述天然高分子材料选自琼脂、卡拉胶、海藻酸、果胶、明胶、蝗虫豆胶、阿拉伯树胶、改性纤维素、纳米纤维素、改性淀粉及其衍生物、黄原胶、盖兰胶或其它类似材料中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述辅料在S2中加入溶胶中形成凝胶浆料或/和在S4中加入形成预设形状的液态泡沫。
4.根据权利要求1所述的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选自十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、新洁尔灭、洗必泰、辛基酚聚氧乙烯(9)醚、聚乙二醇辛基苯基醚的至少一种。
5.根据权利要求1所述的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述发泡的发泡倍率为5-20。
6.根据权利要求1所述的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述的发泡方式为液态物理发泡，发泡温度为30-70℃。
7.根据权利要求1所述的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述搅拌为恒温搅拌；搅拌条件为：搅拌温度30-60℃，搅拌频率200-300rpm。
8.根据权利要求1所述的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述固化为交联固化，交联固化为物理交联、化学交联、包含光、热等物理催化和化学催化交联中的任一种方式。
9.一种轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料，所述轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料为采用如权利要求1-8任意一项所述的制备方法制备得到，其特征在于，所述轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料内部呈现全开孔结构，平均孔径为446.35±240.45μm，密度为20-60kg/m3，导热系数为0.02-0.08W/(m·k)，压缩强度为4-110kPa，耐800℃高温。
10.如权利要求9所述的轻型隔热阻燃复合天然高分子泡沫材料，在建筑材料中的应用。
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