專利名稱：一種改性酚醛保溫泡沫材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于泡沫材料領(lǐng)域，涉及一種改性酚醛保溫泡沫材料的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，高層建筑火災(zāi)事件頻頻發(fā)生，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。究其原因，是因?yàn)榻^大多數(shù)建筑物使用聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫作為隔熱保溫材料，這兩類泡沫的性質(zhì)易燃，燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生毒氣和濃煙，導(dǎo)致火災(zāi)時(shí)人員傷亡巨大。因此，開發(fā)新型的隔熱保溫材料
意義重大。酚醛泡沫作為新一代保溫、防火材料，與傳統(tǒng)的聚苯乙烯、聚氨酯等泡沫保溫材料相比，具有以下優(yōu)異性能:一是防火安全性好，酚醛泡沫燃燒性能為難燃BI—A級(jí)，氧指數(shù)一般為35 40，燃燒時(shí)無明火、離火自熄，低煙霧，遇火無滴落物，保持形狀穩(wěn)定性。二是煙密度低，發(fā)煙量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于聚氨酯和聚苯乙烯，且低毒性。三是保溫性能好，酚醛泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)可以保持在0.022 0.028ff/m.K，保溫性能與聚氨酯泡沫相當(dāng)，好于聚苯乙烯泡沫(0.040ff/m.K)。酚醛泡沫的這些優(yōu)點(diǎn)使其廣泛應(yīng)用于一般工業(yè)建筑外墻外保溫工程。雖然酚醛泡沫在質(zhì)量和產(chǎn)量方面都具備優(yōu)勢(shì)，但其仍存在脆性高、易粉化、強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，限制了它的廣泛應(yīng)用，改善酚醛泡沫韌性差及易粉化現(xiàn)象是現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。目前研究者們采用化學(xué)修飾、加入化學(xué)改性劑和纖維增強(qiáng)等方法用以增韌酚醛泡沫，在酚醛體系中弓I入柔性鏈(如二元酸長(zhǎng)鏈、聚氨酯預(yù)聚物等)來達(dá)到增韌的目的。這類方法在一定程度上能夠起到增韌酚醛泡沫的作用，卻影響了酚醛泡沫的保溫性能。無機(jī)納米粒子作為塑料改性劑越來越受重視，但是無機(jī)納米粒子存在于高分子材料相容性差的缺點(diǎn)，解決這類問題通常是在材料中引入聚合物和無機(jī)粉末。本發(fā)明采用一種新穎簡(jiǎn)單的技術(shù)制備二氧化硅納米粒子材料，并將二氧化硅納米粒子作為增韌劑用以改性酚醛泡沫，得到一種韌性高，粉化程度低的新型酚醛泡沫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改性酚醛保溫泡沫材料的制備方法，其特征在于，采用有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料作為改性劑，在不影響酚醛泡沫阻燃性能的前提下，解決了酚醛泡沫的韌性差、易粉化的缺點(diǎn)；改性酚醛保溫泡沫材料的制備工藝包括以下步驟:
1)在反應(yīng)釜中按質(zhì)量份數(shù)比加入硅溶膠、丙烯酸或聚丙烯酸和水，其中，硅溶膠:丙烯酸或聚丙烯酸:水=2-6:10-20:50,升溫至50-80°C，真空抽濾反應(yīng)，制備成有機(jī)_無機(jī)納米復(fù)合材料改性劑，作為組分A ；
2)在酚醛樹脂中加入表面活性劑、發(fā)泡劑，攪拌均勻，作為組分B;其中表面活性劑的用量為酚醛樹脂質(zhì)量的4%-12%，發(fā)泡劑用量為酚醛樹脂質(zhì)量的5%-12% ；
3)將組分A加入組分B中，并與酸性固化劑混合，機(jī)械攪拌10-30s攪拌均勻，其中組分A的用量占酚醛樹脂質(zhì)量的1%-40% ;酸性固化劑的用量占酚醛樹脂的1%_20% ； 4)將步驟3)中的混合物倒入發(fā)泡模具中，在40-80°C混合發(fā)泡三十分鐘，熟化二個(gè)小時(shí)，得到酚醛泡沫保溫材料。步驟I)中所述硅溶膠采用常規(guī)方法制備或者市售均可。步驟2)中所述的酚醛樹脂為堿性可發(fā)性酚醛樹脂，粘度為5000-10000mPa.S，固含量為70%-85%。步驟2)所述的表面活性劑為吐溫系列或硅油系列中的一種或幾種，表面活性的用量為酚醛樹脂的4%-6%。步驟2)中所述發(fā)泡劑為低沸點(diǎn)類物理發(fā)泡劑，用量為酚醛樹脂的6%_10%，通過調(diào)節(jié)發(fā)泡劑用量來控制酚醛泡沫的密度。所述低沸點(diǎn)類物理發(fā)泡劑為氫氟烴、正戊烷、異戊烷、環(huán)己烷中的一種或幾種。步驟3)所述酸性固化劑為無機(jī)酸和有機(jī)酸的混合物，其中，無機(jī)酸是鹽酸、硫酸、磷酸、醋酸、草酸中的一種或幾種的混合物，有機(jī)酸是苯磺酸、二甲苯磺酸、苯酚磺酸中的一種或幾種的混合物。本發(fā)明的有益效果為:
I)本發(fā)明采用聚丙烯酸制備有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料，提高了納米粒子與高分子材料的兼容性，不需要對(duì)納米材料進(jìn)行表面處理，只是在低壓條件下反應(yīng)一段時(shí)間即可制備納米復(fù)合材料，工藝簡(jiǎn)單，大大節(jié)約了成本。2)采用有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料改性酚醛泡沫，在不影響酚醛泡沫阻燃性能的前提下，有效解決了酚醛泡沫的韌性差、易粉化的缺點(diǎn)。3)采用物理發(fā)泡劑發(fā)泡，泡沫密度適中，可通過調(diào)節(jié)物理發(fā)泡劑用量調(diào)節(jié)泡沫密度。這類物理發(fā)泡劑不會(huì)破壞大氣 中的臭氧層，解決環(huán)境污染問題的同時(shí)也避免了酚醛泡沫泡孔太大的問題，提高酚醛泡沫板的質(zhì)量。4)該酚醛泡沫在火焰的直接燃燒下，無滴落物、無融化現(xiàn)象，只是表面形成碳層，層內(nèi)的泡沫結(jié)構(gòu)受到有效的保護(hù)，泡沫具有良好的耐溫性和優(yōu)異的阻燃性，是一種有效地阻燃材料。5)該酚醛泡沫板的閉孔率達(dá)95.02%。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種改性酚醛保溫泡沫材料的制備方法，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步說明。本發(fā)明采用有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料作為改性劑，在不影響酚醛泡沫阻燃性能的前提下，解決了酚醛泡沫的韌性差、易粉化的缺點(diǎn)；下述實(shí)例中所述份數(shù)均為質(zhì)量份數(shù)。實(shí)例I
I)在反應(yīng)釜中依次加入2份硅溶膠、15份丙烯酸、50份水，在55°C和0.6Mpa的低壓條件下反應(yīng)33分鐘，制得具有5000mPa.S粘稠度的有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料，作為組分A。2)在容器中稱取100份酚醛樹脂，依次加入5份吐溫20、10份正戊烷，混合攪拌30-40s，使其分散均勻，得到組分B。3)將2份組分A加入組分B中，再加入18份酸性固化劑(鹽酸或磷酸)，機(jī)械攪拌10s，倒入模具中，在70°C溫度下進(jìn)行發(fā)泡三十分鐘，熟化二個(gè)小時(shí)，得到酚醛泡沫保溫材料。
得到的酚醛泡沫表面不粉化，泡沫致密均勻，泡沫密53.04kg/m3，壓縮強(qiáng)度
0.133MPa。壓縮強(qiáng)度比空白組酚醛泡沫提高了 41.86%，壓縮強(qiáng)度提高了 54.65%。實(shí)例2
I)在反應(yīng)釜中依次加入4份硅溶膠、18份聚丙烯酸、50份水，在65°C和0.6Mpa的低壓條件下反應(yīng)35分鐘，制得具有6000mPa.S粘稠度的有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料，作為組分A。2)在容器中稱取100份酚醛樹脂，依次加入5份吐溫80、10份異戊烷，混合攪拌30-40s，使其分散均勻，得到組分B。3)將8份組分A加入組分B中，再加入8份酸性固化劑(苯磺酸和二甲苯磺酸等量化合物)，機(jī)械攪拌10s，倒入模具中，在70°C溫度下進(jìn)行發(fā)泡三十分鐘，熟化二個(gè)小時(shí)，得到酚醛泡沫保溫材料。得到的酚醛泡沫板的表觀密度為59.37kg/m3，提高了 58% ;壓縮強(qiáng)度為0.143MPa,提聞了 66%。

實(shí)例3
I)在反應(yīng)釜中依次加入6份硅溶膠、15份聚丙烯酸、50份水，在75°C和0.6Mpa的低壓條件下反應(yīng)38分鐘，制得具有8000mPa.S粘稠度的有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料，作為組分A。2)在容器中稱取100份酚醛樹脂，依次加入5份吐溫60、12份氫氟烴，混合攪拌30-40s，使其分散均勻，得到組分B。3)將8份組分A加入組分B中，再加入10份酸性固化劑，機(jī)械攪拌10s，倒入模具中，在70°C溫度下進(jìn)行發(fā)泡三十分鐘，熟化二個(gè)小時(shí)，得到酚醛泡沫保溫材料。 得到的酚醛泡沫板表觀密度為50.96kg/m3,提高了 36.29% ;壓縮強(qiáng)度為
0.143MPa,提高了 66%。實(shí)例4
I)在反應(yīng)釜中依次加入6份硅溶膠、15份聚丙烯酸、50份水，在80°C和0.6Mpa的低壓條件下反應(yīng)40分鐘，制得具有9500mPa.S粘稠度的有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料，作為組分A。2)在容器中稱取100份酚醛樹脂，依次加入5份硅油(消泡硅油或氨基硅油)、11份異戊烷，混合攪拌30-40S，使其分散均勻，得到組分B。3)將8份組分A加入組分B中，再加入10份酸性固化劑，機(jī)械攪拌10s，倒入模具中，在70°C溫度下進(jìn)行發(fā)泡三十分鐘，熟化二個(gè)小時(shí)，得到酚醛泡沫保溫材料。得到的酚醛泡沫材料表觀密度為50.96kg/m3，提高了 36.29% ;壓縮強(qiáng)度為0.143MPa,提高了 66%。
權(quán)利要求
1.一種改性酚醛保溫泡沫材料的制備方法，其特征在于，采用有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料作為改性劑，在不影響酚醛泡沫阻燃性能的前提下，解決了酚醛泡沫的韌性差、易粉化的缺點(diǎn)；改性酚醛保溫泡沫材料的制備工藝包括以下步驟: 1)在反應(yīng)釜中按質(zhì)量份數(shù)比加入硅溶膠、丙烯酸和水，其中，硅溶膠:丙烯酸或聚丙烯酸:水=2-6:10-20:50，升溫至50-80°C，真空抽濾反應(yīng)，制備成有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料改性劑，作為組分A ; 2)在酚醛樹脂中加入表面活性劑、發(fā)泡劑，攪拌均勻，作為組分B;其中表面活性劑的用量為酚醛樹脂質(zhì)量的4%-12%，發(fā)泡劑用量為酚醛樹脂質(zhì)量的5%-12% ； 3)將組分A加入組分B中，并與酸性固化劑混合，機(jī)械攪拌10-30s攪拌均勻，其中組分A的用量占酚醛樹脂質(zhì)量的1%-40% ;酸性固化劑的用量占酚醛樹脂的1%_20% ； 4)將步驟3)中的混合物倒入發(fā)泡模具中，在40-80°C混合發(fā)泡三十分鐘，熟化二個(gè)小時(shí)，得到酚醛泡沫保溫材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種改性酚醛保溫泡沫材料的制備方法，其特征在于，步驟I)中所述硅溶膠采用常規(guī)方法制備或者市售均可。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種改性酚醛保溫泡沫材料的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述的酚醛樹脂為堿性可發(fā)性酚醛樹脂，粘度為5000-10000mPa.S，固含量為70%_85%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種改性酚醛保溫泡沫材料的制備方法，其特征在于，步驟2)所述的表面活性劑為吐溫系列或硅油系列中的一種或幾種，表面活性的用量為酚醛樹脂的4%-6%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種改性酚醛保溫泡沫材料的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述發(fā)泡劑為低 沸點(diǎn)類物理發(fā)泡劑，用量為酚醛樹脂的6%-10%，通過調(diào)節(jié)發(fā)泡劑用量來控制酚醛泡沫的密度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種改性酚醛保溫泡沫材料的制備方法，其特征在于，所述低沸點(diǎn)類物理發(fā)泡劑為氫氟烴、正戊烷、異戊烷、環(huán)己烷中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種改性酚醛保溫泡沫材料的制備方法，其特征在于，步驟3)所述酸性固化劑為無機(jī)酸和有機(jī)酸的混合物，其中，無機(jī)酸是鹽酸、硫酸、磷酸、醋酸、草酸中的一種或幾種的混合物，有機(jī)酸是苯磺酸、二甲苯磺酸、苯酚磺酸中的一種或幾種的混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于泡沫材料領(lǐng)域的一種改性酚醛保溫泡沫材料的制備方法。本發(fā)明采用有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料為改性劑，在酚醛樹脂中加入改性劑、表面活性劑、發(fā)泡劑和酸性固化劑，倒入模具中，機(jī)械攪拌，在一定溫度下進(jìn)行發(fā)泡，得到改性的酚醛保溫泡沫材料。本發(fā)明有效的克服了無機(jī)納米改性劑團(tuán)聚的問題，增加了無機(jī)納米顆粒與有機(jī)樹脂的相容性，可以有效的增強(qiáng)酚醛泡沫板的機(jī)械強(qiáng)度；主要解決傳統(tǒng)酚醛泡沫板韌性、粉化程度高的技術(shù)問題，制備的酚醛泡沫密度適中，具有良好的阻燃性、韌性、粉化程度低的特征。
文檔編號(hào)C08K3/36GK103102641SQ20131004859
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月7日
發(fā)明者王海旺, 張宇艷, 宋立輝, 杜月文, 李航宇, 董果果, 路修遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:東北大學(xué)秦皇島分校