一種輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫及其制備方法。該泡沫按重量份計(jì)，主要由以下的原料制成：高粘度酚醛樹脂100份，硅溶膠4—6份，pH調(diào)節(jié)劑3—5份，硅酸鉀2—4份，發(fā)泡劑7—10份，乳化劑5—10份，固化劑10—16份。該泡沫制備方法，其使用硅溶膠/硅酸鉀引入納米二氧化硅粒子到酚醛泡沫中，并利用納米二氧化硅與高粘度酚醛樹脂作用，生成Si—O—C化學(xué)鍵，產(chǎn)生界面增強(qiáng)效應(yīng)，具體是：在一個(gè)帶有攪拌的容器里，按配比加入原料，攪拌均勻后，迅速倒入模具中，在65－70℃下發(fā)泡，保溫20－30min，脫模即可。本發(fā)明改善了機(jī)械強(qiáng)度，降低了生產(chǎn)成本，提高了耐熱性，操作簡單，適合工業(yè)化操作。
【專利說明】
一種輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沬及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及泡沫塑料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 酚醛樹脂是新一代的防火保溫隔熱材料，被譽(yù)為保溫材料之王，相比于無機(jī)保溫 板導(dǎo)熱系數(shù)大，酚醛保溫板既有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，又有難燃易熄，發(fā)煙量小，熱穩(wěn)定性好，質(zhì) 輕等優(yōu)點(diǎn)，這使其廣泛的應(yīng)用于建筑，交通運(yùn)輸，化工等領(lǐng)域。然而酚醛泡沫具有質(zhì)脆，易掉 渣，易開裂等缺點(diǎn)，且生產(chǎn)成本較高，嚴(yán)重限制了其進(jìn)一步的推廣使用。本發(fā)明針對(duì)這些缺 點(diǎn)對(duì)泡沫進(jìn)行增強(qiáng)改性的研究，改善機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)降低生產(chǎn)成本。
[0003] 在Si02納米粒子和基體樹脂的界面層存在著硅羥基和酚羥基脫水反應(yīng)產(chǎn)生的化 學(xué)鍵交聯(lián)。通過化學(xué)鍵能夠增強(qiáng)納米顆粒和基體樹脂間的界面交聯(lián)，通過界面效應(yīng)來提高 泡沫的拉伸強(qiáng)度。并且含硅酚醛樹脂比普通酚醛樹脂的耐熱性要高得多，因?yàn)镾i - 0鍵能 (372kJ/mol)比C一 C鍵能(242kJ/mol)高得多。使用廉價(jià)易得的材料硅溶膠/硅酸鉀材料成 功將納米二氧化硅引入到酚醛泡沫中，并利用其與酚醛樹脂作用，產(chǎn)生界面增強(qiáng)效應(yīng)，制得 輕質(zhì)高強(qiáng)的酚醛泡沫，大量節(jié)省了原材料，并且硅溶膠/硅酸鉀自身含有的水分稀釋了酚醛 樹脂，起到了降粘作用，不再單獨(dú)加入降粘劑，具有重大的商業(yè)價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫及其制備方法，所述 輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫具有良好的阻燃性能，其泡沫的韌性與拉伸強(qiáng)度都得到了較大程度的提 尚。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提供的輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，按重量份計(jì)，其主要由以下的原料制成:高粘度 酚醛樹脂100份，硅溶膠4一6份，pH調(diào)節(jié)劑3-5份，硅酸鉀2-4份，發(fā)泡劑7-10份，乳化劑 5-10份，固化劑10-16份。
[0007] 所述的pH調(diào)節(jié)劑，采用氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、乙醇鈉、乙醇鉀、季氨堿中 的一種，或多種。
[0008] 所述的乳化劑，采用聚硅氧烷、聚氧乙烯醚、聚氧丙烯、聚氧乙烯聚氧丙烯、山梨糖 醇酐脂肪酸酯、聚山梨酯、吐溫系列中的一種，或多種。
[0009] 所述的發(fā)泡劑，采用二氯甲烷、異戊烷、正戊烷、正丁烷正戊烷、石油醚、環(huán)戊烷、1， 1-二氯乙烷、三氯甲烷、2-氯丁烷、正己烷、1，1，1_三氯乙烷、四氯化碳、1-氯丁烷中的一種， 或多種。
[0010] 所述的固化劑為無機(jī)酸與有機(jī)酸的混合物，二者重量比為8:2 - 9:1，其中：無機(jī)酸 采用鹽酸、硫酸、磷酸中的一種或多種，有機(jī)酸采用對(duì)甲苯磺酸、苯磺酸、甲基磺酸中的一種 或多種。
[0011] 本發(fā)明提供的上述的輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，其在制備建筑外墻保溫材料中的應(yīng)用。
[0012]本發(fā)明提供的上述的輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，其制備方法是:使用硅溶膠/硅酸鉀引入 納米二氧化硅粒子到酚醛泡沫中，并利用納米二氧化硅與高粘度酚醛樹脂作用，生成Si - 〇-C化學(xué)鍵，產(chǎn)生界面增強(qiáng)效應(yīng)，具體是:在一個(gè)帶有攪拌的容器里，按配比加入原料，攪拌 均勻后，迅速倒入模具中，在65 - 70°C下發(fā)泡，保溫20 - 30min，脫模，得到權(quán)利要求1至5中 任一所述的輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫。
[0013] 上述方法中，按配比加入原料的順序是：酚醛樹脂，調(diào)pH的硅溶膠/硅酸鉀，乳化 劑，發(fā)泡劑，固化劑。
[0014] 所述的高粘度酚醛樹脂，由以下方法制成:將苯酚與多聚甲醛在反應(yīng)釜中混合，二 者活性基團(tuán)數(shù)比為1:1 一 1.2;升溫至65 - 70°C，分三次加入30 - 35wt %的氫氧化鈉溶液，每 隔一小時(shí)加一次，三個(gè)小時(shí)后，升溫至85 -90°C，然后保溫?cái)嚢? -4h，得到粘度為25000 - 35000mPa · s的改性酚醛樹脂，其為高粘度酚醛樹脂。
[0015] 本發(fā)明提供的上述方法所制備的輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，其在制備建筑外墻保溫材料 中的應(yīng)用。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下主要的優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 1.改善了機(jī)械強(qiáng)度：
[0018] 該方法制備得到的酚醛泡沫閉孔率高，泡孔細(xì)膩，阻燃性也有一定的提高，是一種 綜合性能優(yōu)異的酚醛泡沫，在低密度40kg/m 3左右的情況下，拉伸強(qiáng)度能達(dá)到0.093MPa。
[0019] 2.降低了生產(chǎn)成本：
[0020] 由于硅溶膠/硅酸鉀自身含有水分充當(dāng)了樹脂稀釋劑的作用，能夠降低高粘度樹 脂的粘度，不用再添加降粘劑;另外，本發(fā)明所述的酚醛泡沫，所用樹脂較少，制得的泡沫密 度較低，所以降低了生產(chǎn)成本。
[0021] 3.提尚了耐熱性：
[0022] 酚醛樹脂中含有大量羥基，本發(fā)明選用具有羥基的硅溶膠，硅酸鉀材料，并且讓硅 溶膠/硅酸鉀復(fù)配使用，硅酸鉀份額形成大粒子，而更多膠體二氧化硅份額形成小粒子，大 小粒子結(jié)合，一方面避免了二氧化硅的團(tuán)聚，另一方面提高了其活性，利用羥基縮合，形成 Si-0-C化學(xué)鍵，不僅增加了材料的強(qiáng)度，而且因?yàn)镾i - 0鍵能（372kJ/mol)比C一C鍵能 (242kJ/mol)高得多，相應(yīng)的酚醛泡沫的耐熱性要提高很多。
[0023] 4.操作簡單，直接將硅溶膠，硅酸鉀材料加入到酚醛樹脂中混合，不需要其他苛刻 的如高溫高壓，密閉環(huán)境等條件，適合工業(yè)化操作。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 本發(fā)明提供的輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫及其制備方法，是一種納米二氧化硅增強(qiáng)酚醛泡 沫的方法。該方法使用廉價(jià)易得的硅溶膠/硅酸鉀引入納米二氧化硅粒子到酚醛泡沫，利用 其與酚醛樹脂作用，生成Si-0-C化學(xué)鍵，通過界面作用來增強(qiáng)酚醛泡沫。使用高粘度酚醛 樹脂，采用中低溫固化快速發(fā)泡樹脂。
[0025]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但不限定本發(fā)明。
[0026] 實(shí)施例1
[0027] 本實(shí)施例1提供的輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，按重量份包括以下原料：高粘度酚醛樹脂 100份，娃溶膠4份，pH調(diào)節(jié)劑3份，娃酸鉀2份，乳化劑5份，發(fā)泡劑7份，固化劑12份。
[0028]所述輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫的制備方法，包括:先將高粘度酚醛樹脂和硅溶膠混合均 勻，然后加入pH調(diào)節(jié)劑，使pH= 11，接著加入硅酸鉀、乳化劑、發(fā)泡劑和固化劑，每加入一種 物質(zhì)都應(yīng)保證其與其它物質(zhì)混合均勻，尤其當(dāng)加入固化劑的時(shí)候，要提高攪拌器的轉(zhuǎn)速，在 高攪拌速度下混合，一分鐘內(nèi)要轉(zhuǎn)移到模具中發(fā)泡。
[0029] 所述高粘度酚醛樹脂，其粘度為25000 - 35000mPa · s。
[0030] 所述固化劑為無機(jī)酸與有機(jī)酸的混合物，其重量配比為9:1。
[0031] 實(shí)施例2
[0032] 本發(fā)明提出一種輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，按重量份包括如下原料:高粘度酚醛樹脂100 份，pH調(diào)節(jié)劑3份，娃溶膠4份，娃酸鉀2份，乳化劑5份，發(fā)泡劑7份，固化劑12份；
[0033] 所述輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫的制備方法，包括:先用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)高粘度酚醛樹脂的 pH，使pH= 11，接著依次加入硅溶膠，娃酸鉀，乳化劑，發(fā)泡劑，固化劑，每加入一種物質(zhì)都應(yīng) 保證其與其他物質(zhì)混合均勻，尤其當(dāng)加入固化劑的時(shí)候，要提高攪拌器的轉(zhuǎn)速，在高攪拌速 度下混合，一分鐘內(nèi)要轉(zhuǎn)移到模具中發(fā)泡。
[0034] 所述高粘度酚醛樹脂，其粘度為25000 - 35000mPa · s。
[0035] 所述固化劑為無機(jī)酸與有機(jī)酸的混合物，其重量配比為9:1。
[0036] 實(shí)施例3
[0037] 本發(fā)明提出一種輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，按重量份包括如下原料:高粘度酚醛樹脂100 份，pH調(diào)節(jié)劑3份，娃溶膠4份，娃酸鉀2份，乳化劑5份，發(fā)泡劑7份，固化劑12份；
[0038] 所述輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫的制備方法，包括:先用pH調(diào)節(jié)劑分別調(diào)節(jié)高粘度酚醛樹 脂的pH和硅溶膠的pH，使其pH= 11，然后將二者混合均勻，再依次加入硅酸鉀，乳化劑，發(fā)泡 劑，固化劑，每加入一種物質(zhì)都應(yīng)保證其與其他物質(zhì)混合均勻，尤其當(dāng)加入固化劑的時(shí)候， 要提高攪拌器的轉(zhuǎn)速，在高攪拌速度下混合，一分鐘內(nèi)要轉(zhuǎn)移到模具中發(fā)泡。
[0039] 所述高粘度酚醛樹脂，其粘度為25000 - 35000mPa · s。
[0040]所述固化劑為無機(jī)酸與有機(jī)酸的混合物，其重量配比為9:1。
[0041 ] 實(shí)施例4
[0042]本發(fā)明提出一種輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，按重量份包括如下原料:高粘度酚醛樹脂100 份，pH調(diào)節(jié)劑3份，娃溶膠4份，娃酸鉀2份，乳化劑5份，發(fā)泡劑7份，固化劑12份；
[0043]所述輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫的制備方法，包括:先用pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)硅溶膠的pH，使pH = 11，然后將其與硅溶膠混合均勻加入到高粘度酚醛樹脂中，接著依次加入乳化劑，發(fā)泡劑， 固化劑，每加入一種物質(zhì)都應(yīng)保證其與其他物質(zhì)混合均勻，尤其當(dāng)加入固化劑的時(shí)候，要提 高攪拌器的轉(zhuǎn)速，在高攪拌速度下混合，一分鐘內(nèi)要轉(zhuǎn)移到模具中發(fā)泡。
[0044] 所述高粘度酚醛樹脂，其粘度為25000 - 35000mPa · S。
[0045] 所述固化劑為無機(jī)酸與有機(jī)酸的混合物，其重量配比為9:1。
[0046] 實(shí)施例5
[0047] 本發(fā)明提出一種輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，按重量份包括如下原料:高粘度酚醛樹脂100 份，pH調(diào)節(jié)劑5份，娃溶膠6份，娃酸鉀4份，乳化劑10份，發(fā)泡劑10份，固化劑16份；
[0048] 所述輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫的制備方法，包括:先將高粘度酚醛樹脂和硅溶膠混合均 勻，然后加入pH調(diào)節(jié)劑，使pH= 11，接著加入硅酸鉀，乳化劑，發(fā)泡劑，固化劑，每加入一種物 質(zhì)都應(yīng)保證其與其他物質(zhì)混合均勻，尤其當(dāng)加入固化劑的時(shí)候，要提高攪拌器的轉(zhuǎn)速，在高 攪拌速度下混合，一分鐘內(nèi)要轉(zhuǎn)移到模具中發(fā)泡。
[0049] 所述高粘度酚醛樹脂，其粘度為25000 - 35000mPa · s。
[0050] 所述固化劑為無機(jī)酸與有機(jī)酸的混合物，其重量配比為9:1。
[0051 ] 實(shí)施例6
[0052]本發(fā)明提出一種輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，按重量份包括如下原料:高粘度酚醛樹脂100 份，pH調(diào)節(jié)劑4份，娃溶膠5份，娃酸鉀3份，乳化劑8份，發(fā)泡劑8份，固化劑10份；
[0053]所述輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫制作加料方法，包括:先將高粘度酚醛樹脂和硅溶膠混合 均勻，然后加入pH調(diào)節(jié)劑，使pH= 11，接著加入硅酸鉀，乳化劑，發(fā)泡劑，固化劑，每加入一種 物質(zhì)都應(yīng)保證其與其他物質(zhì)混合均勻，尤其當(dāng)加入固化劑的時(shí)候，要提高攪拌器的轉(zhuǎn)速，在 高攪拌速度下混合，一分鐘內(nèi)要轉(zhuǎn)移到模具中發(fā)泡。
[0054] 所述高粘度酚醛樹脂，其粘度為25000 - 35000mPa · s。
[0055] 所述固化劑為無機(jī)酸與有機(jī)酸的混合物，其重量配比為9:1。
[0056] 實(shí)施例1 一實(shí)施例6中所述輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫的制備方法，包括:按配方重量份數(shù) 依次加料，每加一次料的時(shí)候都要保證混合均勻，加入乳化劑后，可以多攪拌一會(huì)兒，加完 發(fā)泡劑后要提高攪拌速度，快速加入固化劑，攪拌一分鐘馬上倒入模具中，并送入到65 - 70 °C烘箱中保溫20 - 30min，得到所述輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫。
[0057]上述實(shí)施例中，所述pH調(diào)節(jié)劑采用氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化鋇，乙醇鈉，乙醇 鉀，季氨堿中的一種或多種。
[0058]上述實(shí)施例中，所述乳化劑選自聚硅氧烷、聚氧乙烯醚、聚氧丙烯、聚氧乙烯聚氧 丙烯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚山梨酯、吐溫系列中的一種或多種。
[0059]上述實(shí)施例中，所述發(fā)泡劑選自二氯甲烷、異戊烷、正戊烷、正丁烷正戊烷、石油 醚、環(huán)戊烷、1，1_二氯乙烷、三氯甲烷、2-氯丁烷、正己烷、1，1，1_三氯乙烷、四氯化碳、1-氯 丁烷中的一種或者多種。
[0060] 上述實(shí)施例中，所述固化劑為無機(jī)酸與有機(jī)酸的混合物，所述酸選自鹽酸、硫酸、 磷酸、對(duì)甲苯磺酸、苯磺酸、甲基磺酸中的一種或者多種。
[0061] 上述實(shí)施例1 一實(shí)施例6得到的輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，其性能測試結(jié)果如表1所示：
[0062] 表1輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫的性能測試結(jié)果
[0063]
[0064] 其中，拉伸強(qiáng)度按JG149-2003測試。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，其特征是按重量份計(jì)，主要由以下的原料制成:高粘度酚醛 樹脂100份，硅溶膠4一6份，pH調(diào)節(jié)劑3-5份，硅酸鉀2-4份，發(fā)泡劑7-10份，乳化劑5-10 份，固化劑1 〇-16份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，其特征在于所述的pH調(diào)節(jié)劑，采用氫氧化 鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、乙醇鈉、乙醇鉀、季氨堿中的一種，或多種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，其特征在于所述的乳化劑，采用聚硅氧 烷、聚氧乙烯醚、聚氧丙烯、聚氧乙烯聚氧丙烯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚山梨酯、吐溫系列 中的一種，或多種。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，其特征在于所述的發(fā)泡劑，采用二氯甲 烷、異戊烷、正戊烷、正丁烷正戊烷、石油醚、環(huán)戊烷、1，1-二氯乙烷、三氯甲烷、2-氯丁烷、正 己烷、1，1，1_三氯乙烷、四氯化碳、1-氯丁烷中的一種，或多種。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，其特征在于所述的固化劑為無機(jī)酸與有 機(jī)酸的混合物，二者重量比為8:2 - 9:1，其中：無機(jī)酸采用鹽酸、硫酸、磷酸中的一種或多 種，有機(jī)酸采用對(duì)甲苯磺酸、苯磺酸、甲基磺酸中的一種或多種。6. 權(quán)利要求1至5中任一所述輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫的用途，其在制備建筑外墻保溫材料中 的應(yīng)用。7. -種輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫的制備方法，其特征是使用硅溶膠/硅酸鉀引入納米二氧化 硅粒子到酚醛泡沫中，并利用納米二氧化硅與高粘度酚醛樹脂作用，生成Si -0-C化學(xué)鍵， 產(chǎn)生界面增強(qiáng)效應(yīng)，具體是:在一個(gè)帶有攪拌的容器里，按配比加入原料，攪拌均勻后，迅速 倒入模具中，在65 - 70°C下發(fā)泡，保溫20 - 30min，脫模，得到權(quán)利要求1至5中任一所述的輕 質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫的制備方法，其特征是按配比加入原料的 順序是:酚醛樹脂，調(diào)pH的硅溶膠/硅酸鉀，乳化劑，發(fā)泡劑，固化劑。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫的制備方法，其特征在于所述的高粘度酚 醛樹脂，由以下方法制成:將苯酚與多聚甲醛在反應(yīng)釜中混合，二者活性基團(tuán)數(shù)比為1:1一 1.2;升溫至65 -70 °C，分三次加入30 -35wt %的氫氧化鈉溶液，每隔一小時(shí)加一次，三個(gè)小 時(shí)后，升溫至85 - 90°C，然后保溫?cái)嚢? - 4h，得到粘度為25000 - 35000mPa · s的改性酚醛 樹脂，其為高粘度酚醛樹脂。10. 權(quán)利要求7至9中任一所述方法制備的輕質(zhì)高強(qiáng)酚醛泡沫，其在制備建筑外墻保溫 材料中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C08J9/14GK106009491SQ201610602517
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月27日
【發(fā)明人】陳艷軍, 樊曉強(qiáng), 張超燦, 黃亮
【申請(qǐng)人】武漢理工大學(xué)