專(zhuān)利名稱(chēng)：：二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料，尤其涉及一種二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料是一種開(kāi)孔率可控、耐化學(xué)品性和生物相容性好的泡沫材料，并具有良好的衛(wèi)生安全性及二次加工性能。根據(jù)縮甲醛化與泡沫的形成先后關(guān)系，可將聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料的制備制備方法分為兩類(lèi)(1)含氣泡或可溶性物質(zhì)的聚乙烯醇水溶液在酸的存在下，與甲醛反應(yīng)，當(dāng)達(dá)到一定的縮醛化度時(shí)，聚乙烯醇縮醛化物就從醛化液中離漿、白濁化而析出，同時(shí)氣泡被固定或由于可溶性物質(zhì)的溶出而形成泡沫材料。改變氣泡的形成方法及條件，改變縮醛化度，可以得到不同氣孔大小及分布。不同彈性、比重及手感的泡沫材料，可以適用于各種不同領(lǐng)域。此類(lèi)制備可用澆鑄成型的方法，切割成所需制品。(2)聚乙烯醇成型后，再產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)。如在聚乙烯醇水溶液中添加150°C以下的水溶性液體，經(jīng)干法或濕法擠出成條狀物，再經(jīng)熱處理、延伸、縮醛化后，在17(TC高溫下使水溶性液體蒸發(fā)而發(fā)泡，得條狀海棉，用于替代藤條做編織物。聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料的工業(yè)生產(chǎn)以第一種方法為主。關(guān)于氣泡的產(chǎn)生有多種方法反應(yīng)中通入氣體成泡沫，然后縮醛化固定；機(jī)械攪拌氣泡法；發(fā)泡劑起泡法等。泡沫材料還可通過(guò)添加可溶性的淀粉、糊精等產(chǎn)生。普通聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料的縮醛化度為6070%，交聯(lián)度較低，材料的機(jī)械強(qiáng)度不高，拉伸強(qiáng)度為0.40.8Mpa;耐熱性較低，起始分解溫度只達(dá)到24(TC?？s醛化度為90%的材料，起始分解溫度可達(dá)30(TC。通過(guò)加大甲醛用量和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間能夠提高縮醛化度，進(jìn)而達(dá)到改善機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性的M的。由于聚乙烯醇泡沫材料的制備是在非均相中進(jìn)行，多孔體系傳熱慢，達(dá)到較高的縮醛化度需相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。在607(TC條件下縮醛化反應(yīng)60小時(shí)，45r補(bǔ)充醛化IOO小時(shí)，只能制得縮醛化度為82%的泡沫材料。上述方法的實(shí)施直接導(dǎo)致成本上升和環(huán)境壓力。有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料中添加無(wú)機(jī)材料，可使材料在具備高分子材料優(yōu)異性能的同時(shí)，也具備了無(wú)機(jī)材料的優(yōu)異的力學(xué)和熱穩(wěn)定性能。二氧化硅是一種重要的無(wú)機(jī)添加料，采用烷氧基硅垸用溶膠一凝膠法可制備各種含二氧化硅性能優(yōu)異復(fù)合材料，如聚乙烯醇/二氧化硅共混膜和復(fù)合纖維。由于聚乙烯醇縮甲醛含有活潑羥基，增加了與二氧化硅的相互作用，避免了相分離，進(jìn)一步增加了材料的機(jī)械性能和熱力學(xué)性能。同時(shí)材料的制備工藝簡(jiǎn)單，在不增加成本和環(huán)境壓力的條件下，為制備高機(jī)械強(qiáng)度、高耐熱性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料增添了新途徑。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明首先致力于提供種機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱性好的二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料。本發(fā)明的另一目的是提供上述二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料的制備方法。本發(fā)明的再一目的是提供上述二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料的應(yīng)用。本發(fā)明的目的通過(guò)以F的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料主要由以下原料混合反應(yīng)制得聚乙烯醇、無(wú)機(jī)一氧化硅或硅化物、甲醛、水、成孔劑、乳化劑、發(fā)泡劑、酸性催化劑和助劑。按重量份各原料組分的重量配比為100份聚乙烯醇、150份無(wú)機(jī)二氧化硅或能夠水解生成二氧化硅的硅化物、20100份甲醛、3001200份水、30400份酸性催化劑、080份成孔劑、010份發(fā)泡劑、0.110份乳化劑、020份助劑。為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，更優(yōu)選的重量配比為100份聚乙烯醇、130份無(wú)機(jī)二氧化硅或能夠水解生成二氧化硅的硅化物、4070份甲醛、8001000份水、30150份酸性催化劑、050份成孔劑、05份發(fā)泡劑、28份乳化劑、020份助劑。上述原料組分屮，所述的能夠水解生成二氧化硅的硅化物優(yōu)選包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯或它們的混合物。所述的酸性催化劑優(yōu)選包括鹽酸、硫酸、磷酸、甲酸、乙酸和草酸中至少一種，更優(yōu)選為鹽酸、硫酸和磷酸中的至少一種。所述的成孔劑優(yōu)選包括麥類(lèi)淀粉、薯類(lèi)淀粉、玉米淀粉及它們的糊化物的中的至少一種。所述的發(fā)泡劑優(yōu)選包括碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀和碳酸氫鉀中的至少一種。所述的乳化劑優(yōu)選包括CuCn烷基苯磺酸鹽和C4Cu)烷基酚聚氧乙烯醚的中的至少一種，更優(yōu)選為十二烷基苯磺酸鈉、辛基酚聚氧乙烯醚或它們的混合物。所述的助劑為包括本行業(yè)熟知的增稠劑、硬化劑、填料、顏料和染料中的至少一種。本發(fā)明還提供了上述二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材的制備方法，包括以下步驟(1)攪拌下將所述聚乙烯醇及水按所述重量配比加入反應(yīng)器內(nèi)，加溫60100°C，溶解30180分鐘；(2)控溫608(TC，按所述重量配比加入所述甲醛、二氧化硅和成孔劑，反應(yīng)1060分鐘；(3)控溫306(TC，按所述重量配比加入所述乳化劑、發(fā)泡劑、助劑和酸性催化劑，攪拌均勻，出料，注入模具；(4)保溫4060。C，36小時(shí);(5)移出模具，清洗廢液，干燥；(6)用車(chē)床或刀片加工成所需形狀。本發(fā)明提供的二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料，可廣泛用作醫(yī)用海綿、過(guò)濾材料、隔音保護(hù)材料、擦拭除塵材料和生物載休材料。制備高機(jī)械強(qiáng)度和高耐熱性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料一般是通過(guò)提高縮醛化度實(shí)現(xiàn)的，即加大甲醛用量和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，但卻直接導(dǎo)致成本上升和環(huán)境問(wèn)題。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于加入了能夠明顯改善有機(jī)材料機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性的無(wú)機(jī)二氧化硅，且形成了有機(jī)/無(wú)機(jī)互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，明顯提高了材料的機(jī)械性能和耐熱性，拉伸強(qiáng)度可達(dá)2.0Mpa以上，初始熱分解溫度可達(dá)30(TC以上；制備工藝簡(jiǎn)單，對(duì)成本和環(huán)境影響較小。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。以下實(shí)施例中涉及的聚乙烯醇選用PVA1799，但本發(fā)明可使用所有型號(hào)的聚乙烯醇，其拉伸強(qiáng)度均可達(dá)到2.0Mpa左右或以上，初始熱分解溫度可達(dá)30(TC左右或以上。實(shí)施例1配方聚乙烯醇100克、水1000克、—氧化硅5克、甲醛40克、十二烷基苯磺酸鈉5克、鹽酸120克。按照以下步驟制得二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料。1)攪拌下將聚乙烯醇及水加入反應(yīng)器內(nèi)，加溫10(TC，溶解30分鐘。2)控溫6(TC，加入甲醛、二氧化硅，反應(yīng)10分鐘。3)控溫6(TC，加入十二烷基苯磺酸鈉、鹽酸，攪拌均勻，出料，注入模具。4)保溫50。C，5小時(shí)。5)移出模具，清洗廢液，干燥。6)用車(chē)床或刀片加工成所需形狀。實(shí)施例2配方聚乙烯醇100克、水1000克、二氧化硅15克、甲醛40克、淀粉20克、十二垸基苯磺酸鈉5克、鹽酸150克。按照以下制備歩驟制備二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料。1)攪拌下將聚乙烯醇及水加入反應(yīng)器內(nèi)，加溫80。C，溶解120分鐘。2)控溫70。C，加入甲醛、二氧化硅和淀粉，反應(yīng)30分鐘。3)控溫5(TC，加入十二烷基苯磺酸鈉、鹽酸，攪拌均勻，出料，注入模具。4)保溫50。C，5小時(shí)。5)移出模具，清洗廢液，干燥。6)用車(chē)床或刀片加工成所需形狀。實(shí)施例3配方聚乙烯醇100克、水1000克、二氧化硅25克、甲醛40克、烷基酚聚氧乙烯醚5克、碳酸鈉5克、硫酸150克。按照以下制備步驟制備二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料。1)攪拌下將聚乙烯醇及水加入反應(yīng)器內(nèi)，加溫100。C，溶解30分鐘。2)控溫8(TC，加入甲醛、二氧化硅，反應(yīng)60分鐘。3)控溫60。C,加入垸基酚聚氧乙烯醚、硫酸，攪拌均勻，出料，注入模具。4)保溫60'C，6小時(shí)。5)移出模具，清洗廢液，干燥。6)用車(chē)床或刀片加工成所需形狀。實(shí)施例4配方IOO克聚乙烯醇、l克二氧化硅、20克甲醛、300克水、30克磷酸、0.1克辛基酚聚氧乙烯醚。1)攪拌下將聚乙烯醇及水加入反應(yīng)器內(nèi)，加溫6(TC，溶解30180分鐘。2)控溫6(TC，加入甲醛、正硅酸乙酯，反應(yīng)10分鐘。3)控溫30。C，加入辛基酚聚氧乙烯醚、磷酸，攪拌均勻，出料，注入模具。4)保溫4(TC，3小時(shí)。5)移出模具，清洗廢液，干燥。6)用車(chē)床或刀片加工成所需形狀。實(shí)施例5配方IOO克聚乙烯醇、50克二氧化硅、IOO克甲醛、1200克水、100克乙酸、40克麥類(lèi)淀粉、40克薯類(lèi)淀粉、5克碳酸鈉、5克碳酸氫鈉、5克十二烷基苯磺酸鈉、5克辛基酚聚氧乙烯醚乳化劑、15克增稠劑和5克顏料。按照以下制備步驟制備二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沬材料。1)攪拌下將聚乙烯醇及水加入反應(yīng)器內(nèi)，加溫10(TC，溶解180分鐘。2)控溫80'C，加入甲醛、正硅酸甲酯、麥類(lèi)淀粉和薯類(lèi)淀粉，反應(yīng)60分鐘。3)控溫60。C，加入辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸鈉、乙酸、增稠劑和顏料，攪拌均勻，出料，注入模具。4)保溫60。C，6小時(shí)。5)移出模具，清洗廢液，干燥。6)用車(chē)床或刀片加工成所需形狀。實(shí)施例6配方IOO克聚乙烯醇、30克二氧化硅、70克甲醛、800克水、IOO克鹽酸、50克玉米淀粉、5克碳酸鉀、8克十二垸基苯磺酸鈉、20克硬化劑。按照以下制備歩驟制備二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料。1)攪拌下將聚乙烯醇及水加入反應(yīng)器內(nèi)，加溫8(TC，溶解100分鐘。2)控溫7(TC，加入甲醛、二氧化硅和玉米淀粉，反應(yīng)30分鐘。3)控溫4(TC，加入十二垸基苯磺酸鈉、鹽酸、碳酸鉀和硬化劑，攪拌均勻，出料，注入模具。4)保溫50。C，4小時(shí)。5)移出模具，清洗廢液，干燥。6)用車(chē)床或刀片加工成所需形狀。實(shí)施例7配方IOO克聚乙烯醇、20克二氧化硅、60克甲醛、900克水、60克鹽酸、30克玉米淀粉、2克碳酸氫鉀、5克十二垸基苯磺酸鈉、IO克硬化劑。按照以下制備步驟制備二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料。1)攪拌下將聚乙烯醇及水加入反應(yīng)器內(nèi)，加溫8(TC，溶解100分鐘。2)控溫70。C，加入甲醛、二氧化硅和玉米淀粉，反應(yīng)30分鐘。3)控溫40'C，加入十二垸基苯磺酸鈉、鹽酸、碳酸氫鉀和硬化劑，攪拌均勻，出料，注入模具。4)保溫5(TC，4小時(shí)。5)移出模具，清洗廢液，干燥。6)用車(chē)床或刀片加工成所需形狀。利用本發(fā)明生產(chǎn)的泡沫材料主要性能如卜、<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1、一種二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料，其特征在于主要由以下重量份的原料混合反應(yīng)得到100份聚乙烯醇、1～50份無(wú)機(jī)二氧化硅或能夠水解生成二氧化硅的硅化物、20～100份甲醛、300～1200份水、30～400份酸性催化劑、0～80份成孔劑、0～10份發(fā)泡劑、0.1～10份乳化劑、0～20份助劑。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料，其特征在于主要由以下重量份的原料混合反應(yīng)得到IOO份聚乙烯醇、l30份無(wú)機(jī)二氧化硅或者能夠水解生成二氧化硅的硅化物、4070份甲醛、8001000份水、30150份酸性催化劑、050份成孔劑、05份發(fā)泡劑、28份乳化劑、020份助劑。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料，其特征在于所述能夠水解生成二氧化硅的硅化物為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯或它們的混合物。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料，其特征在于所述酸性催化劑包括鹽酸、硫酸、磷酸、甲酸、乙酸和草酸中至少一種。5、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料，其特征在于所述成孔劑包括麥類(lèi)淀粉、薯類(lèi)淀粉、玉米淀粉及它們的糊化物中的至少一種。6、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沬材料，其特征在于所述發(fā)泡劑包括碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀和碳酸氫鉀中的至少一種。7、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料，其特征在于所述乳化劑包括C12C17烷基苯磺酸鹽和C4C10烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一種。8、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料，其特征在于所述助劑包括增稠劑、硬化劑、填料、顏料、染料中的至少一種。9、一種權(quán)利要求1或2所述的二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料的制備方法，其特征在于包括以下歩驟(1)攪拌下將所述聚乙烯醇及水按所述重量配比加入反應(yīng)器內(nèi)，加溫6010(TC，溶解30180分鐘；(2)控溫608(TC，按所述重量配比加入所述甲醛、二氧化硅和成孔劑，反應(yīng)1060分鐘；(3)控溫306(TC，按所述重量配比加入所述乳化劑、發(fā)泡劑、助劑和酸性催化劑，攪拌均勻，出料，注入模具；(4)保溫4060。C，36小時(shí)；(5)移出模具，清洗廢液，干燥；(6)用車(chē)床或刀片加工成所需形狀。10、一種權(quán)利要求1或2所述的二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料的應(yīng)用，其用于制作醫(yī)用海綿、過(guò)濾材料、隔音保護(hù)材料、擦拭除塵材料或生物載體材料。全文摘要本發(fā)明涉及一種二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料及其制備方法，該泡沫材料由聚乙烯醇、二氧化硅或者能夠水解生成二氧化硅的硅化物、甲醛、酸性催化劑、乳化劑、發(fā)泡劑、成孔劑和助劑等按一定比例混合反應(yīng)制得。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單、開(kāi)孔率可調(diào)、機(jī)械強(qiáng)度高、耐溫性好，可廣泛用作醫(yī)用海綿、過(guò)濾材料、隔音保護(hù)材料、擦拭除塵材料、生物載體材料。文檔編號(hào)C08F8/28GK101508814SQ20091003791公開(kāi)日2009年8月19日申請(qǐng)日期2009年3月16日優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日發(fā)明者玉姜,浩龐,兵廖,永陳申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州化學(xué)研究所