一种可降解阻燃保温超轻发泡材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种可降解阻燃保温超轻发泡材料及其制备方法，由植物纤维、耐高温型阻燃胶黏剂、硅酸钠、发泡剂及防水剂经机械发泡制备得到密度为0.03-0.06g/cm3的一种超轻可降解阻燃保温材料。其中，所述的耐高温型阻燃胶黏剂由聚乙烯醇、磷酸、尿素和淀粉组成。其既可作为胶粘剂增强纤维间的连接而构筑网状结构，又是一种环保型氮磷系阻燃剂。本发明的优点在于生产过程简单、原料来源广价格低、综合成本低、生产过程无污染，且产品具有优良的阻燃性能和降解性能等，有望成为新型的环保型阻燃保温材料；由于该材料废弃后易降解，且在燃烧过程中发烟量少、不产生刺激性的卤化氢、无毒环保，可替代现有的无机和有机发泡材料。
【专利说明】一种可降解阻燃保温超轻发泡材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于保温阻燃材料【技术领域】，更具体涉及一种可降解阻燃保温超轻发泡材 料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前，国内外市场上常用的保温材料包括有机类(如聚苯乙烯泡沫板、硬质聚氨酯 泡沫板、酚醛泡沫板)、无机类（如珍珠岩水泥板、泡沫水泥板、复合硅酸盐板等）和复合材 料类（如金属夹芯板等）。其中，使用最多的是聚苯丙烯泡沫板，它占现有保温材料用量的 99%左右。由于其不可降解性给生态环境带来了严重的"白色污染"。且聚苯乙烯保温材料 的阻燃性能较差，燃烧过程中产生的烟气有毒。另外，聚苯乙烯等现有有机保温材料，均以 石化资源为原料，加重了对石油资源的消耗。因此，消除"白色污染"，充分挖掘来源丰富的 原材料，寻求新的可降解阻燃的保温材料，已是当务之急，并具有深远的意义。
[0003] 当前国内生产的保温材料绝大部分采用卤系阻燃剂，其在燃烧过程中会释放具有 刺激性的卤化氢气体，对人身安全造成隐患。随着人们环保、安全、健康意识的日益增强，世 界各国开始把环保型阻燃材料作为研究和开发的重点。对此，本发明采用聚乙烯醇、淀粉、 磷酸及尿素等为原料合成耐高温型阻燃胶黏剂聚乙烯醇磷酸铵，并制备可降解保温阻燃材 料，其燃烧过程产生无毒气体，且氧指数达34%以上。
[0004] 本发明涉及的原料均来源丰富、价格低廉且无污染。其中，植物材料是一类可降 解、可再生、可重复利用及自然界中储量最丰富的天然高分子材料，不仅与环境相容性好 而且来源广泛，主要包括回用纸浆纤维、农作物秸杆、甘蔗渣、木材、竹材及林业加工剩余物 等；聚乙烯醇属于一种生物可降解高分子材料，在细菌和酶的作用下，46天可降解75%，可 由非石油路线大规模生产，价格低廉；淀粉是植物体内贮藏的高分子碳水化合物，它可以分 解成葡萄糖、麦芽糖等成分；磷酸、尿素作为畜牧业和农业的高效氮、磷复合肥的原料，来源 广泛，价格低廉。有效地开发利用可降解材料，有利于实现对石化产品的部分替代，有利于 协调好自然资源与生态环境的关系。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可降解阻燃保温超轻发泡材 料。本发明涉及的原料均来源丰富、价格低廉且无污染；且其燃烧过程产生无毒气体，氧指 数达34%以上。
[0006] 为了实现本发明目的，本发明采用的技术方案为： 一种可降解阻燃保温超轻发泡材料的制备方法，包含以下步骤： (1) 将天然植物材料进行浸泡、疏解和磨浆处理，得到浆料纤维(控制浆料浓度为5 wt°/〇)； (2) 在耐高温型阻燃胶粘剂中，依次加入浆料纤维、发泡剂、硅酸钠和防水剂，得到泡沫 体； (3)将泡沫体倒入模具中，经过滤水和穿透式干燥而成型。
[0007] 步骤（1)所述的天然植物材料包括回用纸浆、农作物秸杆、甘蔗渣、木材、竹材及林 业加工剩余物。
[0008] 步骤（1)中天然植物材料的浸泡为：回用纸浆浸泡2-24 h ;农作物秸杆、甘蔗渣、 木材、竹材及林业加工剩余物采用碱液进行浸泡处理，在温度100-150 °C下，采用质量浓度 为1-3%的NaOH溶液浸泡5-12 h进行蒸煮软化；步骤（1)所述疏解时间为8-16 min ; 所述浸泡的时间优选为12 h，所述疏解的时间优选为12 min。
[0009] 步骤（2)所述的耐高温型阻燃胶粘剂为有机可降解胶料，由磷酸、尿素、聚乙烯醇、 植物淀粉、水组成，其中磷酸、尿素、聚乙烯醇、植物淀粉质量比为0. 5-3 :0. 4-2. 4 :0. 5-2 : 〇. 5-2 ;所述的耐高温型阻燃胶粘剂固含量用量为绝干纤维质量的10-70%。
[0010] 步骤（2)所述的发泡剂为5-50 wt%的十二烷基苯磺酸钠水溶液或十二烷基硫酸 钠水溶液；防水剂为烷基烯酮二聚物、或羟基硅油中的一种；发泡剂用量为绝干纤维质量 的5-50% ;防水剂的用量为绝干纤维质量的5-50%。
[0011] 步骤（3)中所述的干燥成型的温度为90-120° C，干燥成型的时间为2-4 h。
[0012] 以上绝干纤维即浆料纤维的质量以绝干计。 本发明的优点在于： (1) 本发明以天然植物纤维、聚乙烯醇、淀粉、磷酸、尿素和硅酸钠等可降解的原料来制 备阻燃保温超轻发泡材料，原料来源广泛，且价格低廉、综合成本低，生产过程简单无污染， 所制得的材料氧指数可达34%，且该材料废弃后易于降解，在燃烧过程中发烟量少，不产生 刺激性的卤化氢，无毒环保，可替代现有的无机和有机发泡材料； (2) 该种材料与墙体契合较好，不易脱落； (3) 以回用纸浆、农作物秸杆、甘蔗渣和林业加工剩余物等为原料，变废为宝，提高了植 物纤维的附加值、减少了石化资源在建筑保温等领域的使用，实现了节能减排；另外，本材 料废弃后的废弃物可作农用肥使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1耐高温型阻燃胶黏剂的制备流程； 图2可降解阻燃保温超轻发泡材料的制备流程。
[0014]
【具体实施方式】
[0015] 为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合【具体实施方式】对本发明所述的 技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
[0016] 实施例1 (1) 将回收的硬纸板和包装纸箱去除胶粘带、金属钉等异物后浸泡于水池中2 h，采用 盘磨机（ZDP-32型）磨浆（叩解度为30° SR)，机械疏解12min ;将所磨浆料浓度调整至5%， 作为制备可降解阻燃墙体材料的原料； (2) 在上述浆料中依次加入有机耐高温阻燃胶粘剂、发泡剂、硅酸钠和防水剂，在机械 搅拌作用下对混合物浆料进行发泡，得到发泡体；其中，耐高温阻燃胶粘剂由磷酸、尿素、聚 乙烯醇、植物淀粉(质量比为1. 5 :1. 6 :1 :0. 2)溶于水中并在90°C水浴锅水浴2. 5h制备而 成，固含量用量为绝干纤维质量的30% ;防水剂成分为15%wt的烷基烯酮二聚物，用量为绝 干纤维质量的5% ;发泡剂成分为10%wt的十二烷基苯磺酸钠溶液，用量为绝干纤维质量的 10% ； (3) 将上述发泡体缓慢倒入规格为19 X 19 X5 cm的模具中，静置滤水10 min，随后 将其置入110° C的穿透式干燥设备中干燥2 h ; (4) 将干燥好的样品脱模后按照中国国家标准GB/T 10294-2008和GB /T8924-2005， 分别对其导热系数和氧指数进行测定。导热系数和氧指数的测定结果分别为0.025 W/ (m · K)和 34. 2%。
[0017] 实施例2 (1) 将回收的新闻纸浸泡于水池中2 h，采用盘磨机（ZDP-32型）磨浆（叩解度为 30° SR)，机械疏解12min ;将所磨浆料浓度调至5%，作为制备可降解阻燃墙体材料的原 料； (2) 在上述浆料中依次加入有机耐高温阻燃胶粘剂、发泡剂、硅酸钠和防水剂，在机械 搅拌作用下对混合物浆料进行发泡，得到发泡体。其中，耐高温阻燃胶粘剂由磷酸、尿素、聚 乙烯醇、植物淀粉(质量比为2 :1. 6 :1 :0. 1)溶于水中并在80°C水浴锅水浴2. 0 h制备而 成，固含量用量为绝干纤维质量的70% ;防水剂成分为15%wt的烷基烯酮二聚物，用量为绝 干纤维质量的10% ;发泡剂成分为10%wt的十二烷基硫酸钠水溶液，用量为绝干纤维质量 的 50% ; (3) 将上述发泡体缓慢倒入规格为19X 19 X 5 cm的模具中，静置滤水10 min，随后 将其置入100° C的穿透式干燥设备中干燥2. 5 h ; (4) 将干燥好的样品脱模后按照中国国家标准GB/T 10294-2008和GB /T8924-2005， 分别对其导热系数和氧指数进行测定。导热系数和氧指数的测定结果分别为0.028 W/ (m · K)和 36. 5%。
[0018] 实施例3 (1) 将收集的稻草铡成3 cm长的草段，用1 %的NaOH溶液在110° C蒸锅内蒸煮软化 5小时。将经过蒸煮软化的草段（含全部处理液）倒入盘磨机（ZDP-32型）磨浆（叩解度为 30° SR)，机械疏解12min ;将所磨浆料浓度调整为5%，作为制备可降解阻燃墙体材料的原 料； (2) 在上述浆料中依次加入有机耐高温阻燃胶粘剂、发泡剂、硅酸钠和防水剂，在机械 搅拌作用下对混合物浆料进行发泡，得到发泡体。其中，耐高温阻燃胶粘剂由磷酸、尿素、聚 乙烯醇、植物淀粉(质量比为3 :1 :0.5 :0.5)分别溶于水中并在95°C水浴锅水浴3 h制备 而成，固含量用量为绝干纤维质量的10% ;防水剂成分为15%wt的烷基烯酮二聚物，用量为 绝干纤维质量的50% ;发泡剂成分为10%wt的十二烷基苯磺酸钠水溶液，用量为绝干纤维 质量的30% ; (3) 将上述发泡体缓慢倒入规格为19 X 19 X 5 cm的模具中，静置滤水10 min，随 后将其置入95° C的穿透式干燥设备中干燥3 h; (4) 将干燥好的样品脱模后按照中国国家标准GB/T 10294-2008和GB /T8924-2005， 分别对其导热系数和氧指数进行测定。导热系数和氧指数的测定结果分别为0.028 W/ (m · K)和 37%。
[0019] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1. 一种可降解阻燃保温超轻发泡材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤： (1) 将天然植物材料进行浸泡、疏解和磨浆处理，得到浆料纤维； (2) 在耐高温型阻燃胶粘剂中，依次加入浆料纤维、发泡剂、硅酸钠和防水剂，得到泡沫 体； (3) 将泡沫体倒入模具中，经过滤水和穿透式干燥而成型。
2. 如权利要求1所述的可降解阻燃保温超轻发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤 (1)所述的天然植物材料包括回用纸浆、农作物秸杆、甘蔗渣、木材、竹材及林业加工剩余 物。
3. 如权利要求1所述的可降解阻燃保温超轻发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤 (1) 中天然植物材料的浸泡为：回用纸浆浸泡2-24 h ;农作物秸杆、甘蔗渣、木材、竹材及林 业加工剩余物采用碱液进行浸泡处理，在温度100-150 °C下，采用质量浓度为1-3%的NaOH 溶液浸泡5-12 h进行蒸煮软化； 步骤（1)所述疏解时间为8-16 min。
4. 如权利要求1所述的可降解阻燃保温超轻发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤 (2) 所述的耐高温型阻燃胶粘剂为有机可降解胶料，由磷酸、尿素、聚乙烯醇、植物淀粉、水 组成，其中磷酸、尿素、聚乙烯醇、植物淀粉质量比为〇. 5-3 :0. 4-2. 4 :0. 5-2 :0. 5-2 ;所述 的耐高温型阻燃胶粘剂固含量用量为绝干纤维质量的10-70%。
5. 如权利要求1所述的可降解阻燃保温超轻发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤 (2) 所述的发泡剂为5-50wt%的十二烷基苯磺酸钠水溶液或十二烷基硫酸钠水溶液；防水 剂为烷基烯酮二聚物、或羟基硅油中的一种；发泡剂用量为绝干纤维质量的5-50% ;防水剂 的用量为绝干纤维质量的5-50%。
6. 如权利要求1所述的可降解阻燃保温超轻发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤 (3) 中所述的干燥成型的温度为90-120° C，干燥成型的时间为2-4 h，干燥方式为穿透式 干燥。
【文档编号】D21H17/36GK104120635SQ201410329313
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】谢拥群, 蔡丽丽, 庄标榕, 庄清平, 陈汀杰, 吴振增 申请人:福建农林大学