一種基于異相成核原理發(fā)泡的三聚氰胺泡沫及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)泡材料，尤其是涉及一種基于異相成核原理，通過添加微米級固體 顆粒使樹脂發(fā)泡所得的泡沫及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 三聚氰胺泡沫是近年來新興的一種防火阻燃泡沫材料，其開孔率可達(dá)90%以上， 且具有加工成型方便、化學(xué)穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉、難燃、耐熱、燃燒時(shí)成炭率高發(fā)煙率低、毒 性小且無熔滴物、吸音性強(qiáng)等優(yōu)異特性。經(jīng)國內(nèi)外多年研究，三聚氰胺泡沫在建筑、航空航 天及車體中的應(yīng)用逐漸得到市場的認(rèn)可。
[0003] 但是三聚氰胺泡沫的強(qiáng)度較低，泡沫脆性大，力學(xué)性能差，除此之外，在普通三聚 氰胺泡沫的生產(chǎn)過程中一般需加入烷烴類發(fā)泡劑，由于三聚氰胺的高開孔率，此類發(fā)泡劑 在氣化發(fā)泡時(shí)不會存留在泡體內(nèi)而直接逸散到大氣環(huán)境中，對周圍的環(huán)境造成污染，加劇 溫室效應(yīng)；常用烷烴類發(fā)泡劑易燃易爆，在生產(chǎn)過程中容易成為火災(zāi)隱患。因此，在生產(chǎn)過 程中減少發(fā)泡劑的使用量無論從經(jīng)濟(jì)角度或安全角度看都是非常有益的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本申請?zhí)峁┮环N基于異相成核原理發(fā)泡的三聚氰 胺泡沫及其制備方法。本發(fā)明產(chǎn)品壓縮強(qiáng)度及彈性模量得到明顯增強(qiáng)，同時(shí)熱穩(wěn)定性能獲 得了提升；本發(fā)明可以減少或不使用發(fā)泡劑，大幅減少了發(fā)泡劑逸散產(chǎn)生的污染，且制備方 法工藝簡單，生產(chǎn)成本低廉，便于推廣應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種基于異相成核原理發(fā)泡的三聚氰胺泡沫，所含原料及各原料的重量份數(shù)為：
[0007] 可發(fā)性三聚氰胺樹脂 100份 表面活性劑 5-10汾 固化劑 5-20份 成核劑 3-10份；
[0008] 所述可發(fā)性三聚氰胺樹脂的制備方法為：
[0009] ⑴將37 %甲醛溶液及多聚甲醛粉末加入反應(yīng)釜中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 45 % -60 %的高濃度甲醛溶液；
[0010] (2)在30°C條件下，向步驟（1)制得的高濃度甲醛溶液中加入烏洛托品或10%氫 氧化鈉水溶液，調(diào)節(jié)pH值至8-8. 5 ;
[0011] (3)在30°C，不斷攪拌的條件下，向步驟（2)制得的溶液中加入三聚氰胺粉末；所 述三聚氰胺與甲醛的摩爾比為1:2. 8-3. 2 ;
[0012] (4)加入完畢后以10°C /min的速度升溫至80°C，恒溫反應(yīng)l_2h，用濁點(diǎn)法不斷測 定反應(yīng)程度；
[0013] (5)反應(yīng)結(jié)束后，以20°C /min的速度迅速降溫至25°C出料備用，即得所述可發(fā)性 三聚氰胺樹脂。
[0014] 所述三聚氰胺泡沫的制備方法包括如下步驟：
[0015] (1)在溫度為25°C的條件下，向100份可發(fā)性三聚氰胺樹脂中加入5-10份表面活 性劑，攪拌混合均勻；
[0016] (2)在溫度為25°C，轉(zhuǎn)速為1200r/min的攪拌速度下，向步驟（1)所得的混合物中 加入3-10份成核劑，繼續(xù)攪拌3-5min ;
[0017] (3)在溫度為25°C，轉(zhuǎn)速為2000r/min的攪拌速度下，向步驟⑵所得的混合物中 加入5-20份固化劑，繼續(xù)攪拌3-10min ;
[0018] (4)將步驟（3)制得的混合物，倒入經(jīng)預(yù)熱的模具中，迅速密封模具，經(jīng)微波發(fā)泡 l-3min，再放入8(TC的烘箱固化lh，取出模具冷卻至室溫，脫模取料即得所述基于異相成 核原理發(fā)泡的三聚氰胺泡沫。
[0019] 所述步驟（1)中高濃度甲醛溶液的配制過程中采用升溫并添加烏洛托品的方法 促進(jìn)多聚甲醛粉末溶解。
[0020] 所述可發(fā)性三聚氰胺樹脂的固含量為60-70 %，粘度為2000-7000mPa · S。
[0021] 所述表面活性劑為硅油、聚乙二醇、Span-80、tween-80、蓖麻油聚乙稀醚、聚氧乙 烯嵌段共聚物中的一種或多種。
[0022] 所述成核劑為碳酸鈣、二氧化硅、二氧化鈦、中空玻璃微珠中的一種或多種；所述 成核劑的粒徑為8~48 μ m。
[0023] 所述固化劑為有機(jī)酸或有機(jī)酸鹽類化合物。
[0024] 所述固化劑為稀鹽酸、稀硫酸、草酸、苯酚磺酸、氯化銨、對甲苯磺酸中的一種或多 種。
[0025] 所述微波發(fā)泡功率為300-800W。
[0026] 本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于：
[0027] 1、本發(fā)明基于異相成核原理發(fā)泡，通過添加微米級固體顆粒，使泡孔均勻程度提 高，孔徑縮小，泡沫整體壓縮強(qiáng)度、彈性模量、熱穩(wěn)定性均有所提高，同時(shí)大幅減少了發(fā)泡劑 的使用量，使三聚氰胺泡沫成為高強(qiáng)、綠色、環(huán)保的新型阻燃泡沫。
[0028] 2、本發(fā)明向樹脂體系中加入微米級成核劑后，由于固液兩相界面的存在，使得樹 脂所需克服的自由能轉(zhuǎn)變?yōu)椋?br>[0033] 由數(shù)學(xué)推算可知0〈S ( β，Θ )〈1
[0034] 所以在固液兩相界面處樹脂發(fā)泡所需克服的自由能降低，在該處的樹脂表面積更 容易擴(kuò)大，從而使樹脂無需借助發(fā)泡劑發(fā)泡或僅需少量的發(fā)泡劑就能起泡成功，較大的固 體顆粒處更容易形成氣孔，使用微米級成核劑更為科學(xué)合理。
[0035] 3、本發(fā)明加入的微米級固體顆粒不僅可以作為成核劑，也可作為三聚氰胺泡沫的 增強(qiáng)相，提高泡沫的力學(xué)和熱學(xué)性能。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得泡沫產(chǎn)品的掃描電鏡圖；
[0037] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所得泡沫產(chǎn)品的掃描電鏡圖；
[0038] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例3所得泡沫產(chǎn)品的掃描電鏡圖；
[0039] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例4所得泡沫產(chǎn)品的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行具體描述。
[0041] 實(shí)施例1
[0042] 不含成核劑的三聚氰胺泡沫，具體制備方法如下：
[0043] (1)在溫度為25°C的條件下，向100份可發(fā)性三聚氰胺樹脂中加入5份tween-80， 攪拌混合均勻；
[0044] (2)在溫度為25°C，轉(zhuǎn)速為2000r/min的攪拌速度下，向步驟⑴所得的混合物中 加入6份草酸和3份氯化銨，繼續(xù)攪拌5min ;
[0045] (3)將步驟（2)制得的混合物，倒入經(jīng)預(yù)熱的模具中，迅速密封模具，經(jīng)微波發(fā)泡 (功率為800W) 3min，再放入80°C的烘箱固化lh，取出模具冷卻至室溫，脫模取料即得所述 不含成核劑的三聚氰胺泡沫。所得泡沫產(chǎn)品的掃描電鏡圖如圖1所示。
[0046] 由圖1可以看出，在不加入成核劑時(shí)，泡孔形態(tài)結(jié)構(gòu)較不均勻，泡壁形態(tài)差，泡孔 結(jié)構(gòu)不規(guī)整，各孔洞間的泡壁厚度離散度較高，在受到外力時(shí)易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，容易破 碎；經(jīng)測量其泡孔間距離從0. 07mm到0. 29mm不等，60%的泡孔間距離分布在0. 1-0. 2mm之 間，其泡孔大小在〇. 1-0. 47mm不等，平均泡孔直徑為0. 28mm，離散程度較大，最高僅有35 % 的泡孔直徑分布在0. 2-0. 3_之間；這說明在不加入成核劑的情況下，樹脂自身的發(fā)泡作 用很不均勻，從而易形成不均勻的泡孔結(jié)構(gòu)，影響了其各向性能。
[0047] 所述可發(fā)性三聚氰胺樹脂的制備方法為：
[0048] (1)將37%甲醛溶液及多聚甲醛粉末加入反應(yīng)釜中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的高 濃度甲醛溶液；添加3%烏洛托品后升溫至80°C增溶。
[0049] (2)在30°C條件下，向步驟⑴制得的高濃度甲醛溶液中加入10%氫氧化鈉水溶 液，調(diào)節(jié)pH值至8. 5 ;
[0050] (3)在30°C，不斷攪拌的條件下，向步驟（2)制得的溶液中加入三聚氰胺粉末；所 述三聚氰胺與甲醛的摩爾比為1:3 ;
[0051] (4)加入完畢后以10°C /min的速度升溫至80°C，恒溫反應(yīng)2h左右，用濁點(diǎn)法不斷 測定反應(yīng)程度；
[0052] (5)反應(yīng)結(jié)束后，以20°C /min的速度迅速降溫至25°C出料備用，即得所述可發(fā)性 三聚氰胺樹脂。上述可發(fā)性三聚氰胺樹脂的固含量為62 %，粘度為4000mPa · s。
[0053] 實(shí)施例2
[0054] -種基于異相成核原理發(fā)泡的三聚氰胺泡沫，具體制備方法如下：
[0055] (1)在溫度為25°C的條件下，向100份可發(fā)性三聚氰胺樹脂中加入5份tween-80， 攪拌混合均勻；
[0056] (2)在溫度為25°C，轉(zhuǎn)速為1200r/min的攪拌速度下，向步驟（1)所得的混合物中 加入3份二氧化娃（粒徑為10 μ m)，繼續(xù)攪拌5min ;
[0057] (3)在溫度為25°C，轉(zhuǎn)速為2000r/min的攪拌速度下，向步驟⑵所得的混合物中 加入6份草酸和3份氯化銨，繼續(xù)攪拌5min ;
[0058] (4)將步驟（3)制得的混合物，倒入經(jīng)預(yù)熱的模具中，迅速密封模具，經(jīng)微波發(fā)泡 (功率為800W) 3min，再放入80°C的烘箱固化lh，取出模具冷卻至室溫，脫模取料即得所述 基于異相成核原理發(fā)泡的三聚氰胺泡沫。所得泡沫產(chǎn)品的掃面電鏡圖如圖2所示。
[0059] 由圖2可以看出，在加入3%的成核劑時(shí)，泡孔形態(tài)變得均勻平滑，抵抗外力的能 力明顯提高，經(jīng)測量其泡孔間距離在〇. 1-0. 26mm之間，90%集中在0. 1-0. 2mm之間，平均泡 孔間距離為0. 14mm。泡孔直徑從0. 09-0. 52mm不等，平均泡孔直徑為0. 23mm，最高有40% 的泡孔直徑在0. 1-0. 2mm之間；上述分析表明加入成核劑后，泡孔形態(tài)發(fā)生一定變化，圓形 通孔貫穿于球體泡體結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，成核劑的作用使得泡孔更易成型，均勻程度提高。
[0060] 所述可發(fā)性三聚氰胺樹脂的制備方法為：
[0061] (1)將37%甲醛溶液及多聚甲醛粉末加入反應(yīng)釜中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的高 濃度甲醛溶液；添加3%烏洛托品后升溫至8