CN115477850B - 一种生物质基多孔材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发泡材料制备技术领域，具体涉及一种生物质基多孔材料及其制备方法；具体是将单宁、糠醇和水充分搅拌均匀，依次加入乳化剂和催化剂后继续搅拌均匀；将混合好的溶液倒入自制的滤纸盒中，放到能产生蒸汽的密闭环境中熏蒸，取出，放置在托盘上，移到烘箱中干燥一段时间，或在室温条件下晾晒一段时间，即获得生物质基多孔材料。本发明借助蒸馒头原理，利用熏蒸方法实现单宁树脂多孔材料的制备，方法简单、易操作、无发泡剂使用、发泡效果好。
Description
技术领域
本发明属于发泡材料制备技术领域，具体涉及一种生物质基多孔材料及其制备方法。
背景技术
单宁树脂发泡材料研究已有20余年，因其单宁具有类黄酮单元的多酚类结构，使其具有酚类物质的物理、化学特性，因此有可替代苯酚的潜力。单宁树脂发泡材料主要利用单宁和糠醇在强酸性条件下发生共缩聚和自缩聚反应形成不溶不熔高聚物，同时加入发泡剂或通过其他方式产生气体后随之形成泡沫材料。该泡沫材料具有优异的阻燃、保温特性，密度可调，综合性能优异。近年来，单宁-呋喃泡沫材料性能改善效果越来越佳，已逐渐表现出了一定的工业化应用前景，在建筑物保温、阻燃，包装材料防震、防撞，冰柜保温、隔热等领域应用潜力巨大。
已有的单宁树脂发泡方法主要有：低沸点发泡剂加入的物理发泡法、机械搅打包裹气体的物理发泡法和异氰酸酯加入产生二氧化碳的化学发泡法。通过这些不同发泡方法获得的单宁树脂发泡材料性能各有差异，因此，探索新的发泡方法至关重要，对于发泡材料性能改善意义重大。
在现有的单宁树脂发泡材料中，大多数都仍需要加入发泡剂来使原料发泡，如公开号为CN109109251A的专利文件。本专利发明人团队在前期已经做了大量的探索，对于如何减少甚至不使用发泡剂的相关技术已有初步研究，如公开号为CN104163904A和CN111333801A的专利文件，即为本专利发明人团队所做的前期研究成果之一，在这两个专利研究中，已经成功去除了原料配方中的发泡剂，但依然含有甲醛这种有害物质。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种生物质基多孔材料及其制备方法。
具体是通过以下技术方案来实现：
1、一种生物质基多孔材料，所述生物质基多孔材料是由发泡前驱体预聚物经熏蒸发泡制成；
所述的发泡前驱体预聚物包括栲胶、糠醇、水、乳化剂和催化剂，所述栲胶、糠醇和水的质量比为30:10-30:10-20。
进一步，所述的栲胶为单宁含量不低于70％的粉末状高分子聚合物。
进一步，所述的乳化剂为黄原胶和吐温-80的一种或两种，乳化剂的加入比例为栲胶质量的5-20％。
进一步，所述的催化剂为浓度为40-65％的对甲苯磺酸，催化剂的加入比例为栲胶质量的30-40％。
2、上述生物质基多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
将栲胶、糠醇和水按比例搅拌均匀后加入乳化剂和催化剂，再次搅拌均匀，得到发泡前驱体预聚物，将预聚物放置于透气性好的滤纸模具中，置于有蒸汽产生的密闭环境中进行熏蒸10-20min，再将熏蒸后的泡沫体移至烘箱中进行干燥，或在室温条件下进行晾晒。
进一步，当采用烘箱烘干时，其烘干温度为60-80℃，烘干时间为3-5h；当采用室温晾晒时，晾晒时间为2-3天。
本发明的有益效果在于：本发明提出了一种新型的发泡材料及发泡方法，不再直接使用低沸点发泡剂乙醚和环戊烷等原料，减少了对环境造成的影响；也不使用强力机械搅打的方式发泡，而是基于蒸馒头的熏蒸原理，探索性地使用了熏蒸的方法制备生物质基多孔发泡材料。与传统的常规单宁树脂发泡方法相比，本发明方法制备的多孔材料性能优异，优势明显，发泡工艺操作简单，降低了成本，且不需要使用发泡剂，发泡材料的原料中也不含甲醛，在不含甲醛的前提下，通过熏蒸方法实现发泡树脂之间的交联，真正做到了环保、无污染，而在前面所述的单宁树脂发泡方法中，如果没有甲醛作为交联剂的加入，单宁树脂分子结构无法交联，孔结构不坚固，发泡过程出现塌泡现象。
附图说明
图1为实施例1制备的泡沫材料成品切面图
具体实施方式
下面的实施案例可以使本领域技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。以下实施例中的％在没有特别说明的情况下，均指的是固体质量百分比。
实施例1
将30g栲胶、10g糠醇和10g水加入到搅拌器中，充分搅拌均匀；再加入4g黄原胶和1g吐温-80，搅拌均匀；加入10g浓度为65％的对甲苯磺酸溶液，搅拌均匀后得到发泡前驱体预聚物，将发泡前驱体预聚物放置于特定的滤纸盒中后放于有蒸汽产生的密闭环境中进行熏蒸20min，熏蒸过后的泡沫体移至烘箱中进行烘干,烘干温度为70℃。
实施例2
将30g栲胶、10g糠醇和10g水加入到搅拌器中，充分搅拌均匀；再加入4g黄原胶和1g吐温-80，搅拌均匀；加入10g浓度为65％的对甲苯磺酸溶液，搅拌均匀后得到发泡前驱体预聚物，将发泡前驱体预聚物放置于特定的滤纸盒中后放于有蒸汽产生的密闭环境中进行熏蒸20min，熏蒸过后的泡沫体移至室温条件下进行晾晒2天。
实施例3
将30g栲胶、10g糠醇和10g水加入到搅拌器中，充分搅拌均匀；再加入5g吐温-80，搅拌均匀；加入10g浓度为65％的对甲苯磺酸溶液，搅拌均匀后得到发泡前驱体预聚物，将发泡前驱体预聚物放置于特定的滤纸盒中后放于有蒸汽产生的密闭环境中进行熏蒸15min，熏蒸过后的泡沫体移至室温条件下进行晾晒2天。
实施例4
将30g栲胶、10g糠醇和10g水加入到搅拌器中，充分搅拌均匀；再加入5g黄原胶，搅拌均匀；加入10g浓度为65％的对甲苯磺酸溶液，搅拌均匀后得到发泡前驱体预聚物，将发泡前驱体预聚物放置于特定的滤纸盒中后放于有蒸汽产生的密闭环境中进行熏蒸15min，熏蒸过后的泡沫体移至室温条件下进行晾晒3天。
对比例1
将30g栲胶、10g糠醇和10g水加入到搅拌器中，充分搅拌均匀；再加入5g吐温-80，搅拌均匀；加入10g浓度为65％的对甲苯磺酸溶液和2g乙醚，搅拌均匀后得到发泡前驱体预聚物，将发泡前驱体预聚物放置于特定的滤纸盒中后放于有蒸汽产生的密闭环境中进行熏蒸20min，熏蒸过后的泡沫体移至室温条件下进行晾晒3天。
对实施例1-4及对比例1所制备的发泡材料进行性能检测，极限氧指数测试参照国家标准GB/T 2406.2-2009进行，热传导系数测试参照GB/T10294-2008进行。结果如下：
从表中实施例1-4和对比例1均可得出，该发明方法可以获得性能优异的多孔材料，并且密度可根据配方进行调整，热传导系数可低至0.0172W/(m·K)，并且极限氧指数达35％以上。但不同的是，本发明方案涉及的实施例1-4均没有使用发泡剂，直接熏蒸即可得到性能优异的多孔材料，而对比例1加入了发泡剂乙醚，通过该方法得到的泡沫性能相当，所以该发明的优势在于不需要添加任何发泡剂即可获得性能优异的多孔材料，这也正是本发明的优势所在。
本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本申请的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。
Claims (5)
1.一种生物质基多孔材料，其特征在于，所述生物质基多孔材料是由发泡前驱体预聚物经熏蒸发泡制成；
所述的发泡前驱体预聚物由栲胶、糠醇、水、乳化剂和催化剂组成，所述栲胶、糠醇和水的质量比为30:10-30:10-20；
所述的生物质基多孔材料的制备方法为：将栲胶、糠醇和水按比例搅拌均匀后加入乳化剂和催化剂，再次搅拌均匀，得到发泡前驱体预聚物，将预聚物放置于能透气的滤纸制成的模具中，置于有蒸汽产生的密闭环境中进行熏蒸10-20min，再将熏蒸后的泡沫体移至烘箱中进行干燥，或在室温条件下进行晾晒。
2.如权利要求1所述的一种生物质基多孔材料，其特征在于，所述的栲胶为单宁含量不低于70％的粉末状高分子聚合物。
3.如权利要求1所述的一种生物质基多孔材料，其特征在于，所述的乳化剂为黄原胶和吐温-80的一种或两种，乳化剂的加入比例为栲胶质量的5-20％。
4.如权利要求1所述的一种生物质基多孔材料，其特征在于，所述的催化剂为质量浓度为40-65％的对甲苯磺酸，催化剂的加入比例为栲胶质量的30-40％。
5.如权利要求1所述的一种生物质基多孔材料，其特征在于，所述的烘箱烘干，其烘干温度为60-80℃，烘干时间为3-5h；所述的室温晾晒，晾晒时间为2-3天。
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