一种工业废料增强增韧酚醛泡沫保温板及其制备方法与流程

本发明属于建筑外墙保温材料技术领域，具体涉及一种工业废料增强增韧酚醛泡沫保温板及其制备方法。

背景技术：

目前建筑外墙的保温材料常用EPS、XPS聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、玻璃棉和矿物棉等保温板材，聚苯乙烯泡沫和聚氨酯泡沫易燃，无机岩棉保温效果差、易吸潮腐烂，这些缺点极大地制约了它们作为建筑外墙保温材料的应用。因此寻找一种新型的、性能优异的建筑外墙保温材料迫在眉睫。

酚醛泡沫作为新一代的保温材料，具有自重轻、发烟率低、加工简便等优点，被广泛应用在土木建筑、石油化工以及航空航天等领域。但是酚醛树脂中含有大量的刚性苯环结构，特别是苯环上的酚羟基和亚甲基容易氧化，导致酚醛泡沫韧性和机械性能差，质脆且易掉渣。再加上酚醛泡沫作为建筑外墙保温材料的阻燃性能和绝热性能均不达标，极大地制约着其在现实工程中的应用。因此，人们一直在积极寻找酚醛泡沫改性的方法。如专利申请号为201410341475.7、201010599952.1等专利中介绍的有关改性酚醛泡沫产品，虽然产品在强度和阻燃性能方面有所提高，但仍达不到建筑外墙保温材料的应用标准，且生产成本较高。

近年来，工业废弃物铁赤泥改性酚醛泡沫的研究已得到越来越多的关注。铁赤泥是生产氧化铝过程中产生的废弃物，每生产1吨氧化铝大约会产生0.8~1.8吨铁赤泥。世界上每年产生的铁赤泥废弃物数目庞大，堆积成山，我国每年产生大约600万吨铁赤泥，对环境产生非常严重的污染。铁赤泥的主要组份比较复杂，含有方钠石、硅酸二钙、钙钛矿石和赤铁矿等，如果将其作为填料加入到酚醛泡沫中，会使酚醛泡沫的机械性能、阻燃性能和绝热性能得到明显地提高。

由于铁赤泥的成分比较复杂且为无机组分，为了增大铁赤泥在酚醛树脂中的分散和用量，用球磨机将铁赤泥研磨成粒径为1~1.5 μm的极细颗粒，并用偶联剂对其表面功能化。在酚醛树脂固化过程中功能化铁赤泥与酚醛树脂形成化学键，提高了两者间的结合力，增强了酚醛泡沫的强度和阻燃性。

技术实现要素：

为了提高现有酚醛泡沫保温板的机械性能、阻燃性能和绝热性能，本发明提供了一种工业废料增强增韧酚醛泡沫保温板的制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

铁赤泥预处理：将干燥后的铁赤泥用球磨机研磨成粒径为1~1.5 μm的极细颗粒。

铁赤泥的表面功能化：将适量铁赤泥和95%的乙醇水溶液加到四口烧瓶中混合均匀，超声振荡120 min，然后加入适量硅烷偶联剂后超声振荡60 min，最后放在75℃水浴恒温6 h，取出，抽滤，洗涤，80℃干燥，研磨后过10000目网筛，得到表面功能化的铁赤泥。

混合物A的制备：常温下，将酚醛树脂、功能化铁赤泥、表面活性剂和发泡剂混合均匀，得到混合物A。

预浸料B的制备：将固化剂加入到混合物A中搅拌均匀后倒入一定形状的模具中，将模具放入烘箱，在50~60℃的环境下进行酚醛树脂的预固化，得到预浸料B。

工业废料增强增韧酚醛泡沫保温板的制备：将所得预浸料B放入模压机上，在0.3 MPa压力下，70~80℃温度环境下保持5 min，即可完成整个发泡流程，制得工业废料增强增韧酚醛泡沫保温板。

一种工业废料增强增韧酚醛泡沫保温板，按重量份数计算，包括以下原料。

酚醛树脂100份、表面活性剂3~7份、发泡剂4~8份、固化剂5~20份、功能化铁赤泥10~15份。

进一步，本发明所用的偶联剂是工业品，它是50%的甲醇和50%的硅烷偶联剂的混合液。偶联剂分子两端各含有一个反应基团，一端可以与无机物表面上的羟基反应，一端可以与有机物反应，从而形成无机物-偶联剂-有机物这种结构，将有机物与无机物通过化学键连接到一起，提高二者之间的结合力。

进一步，所述的偶联剂为硅烷偶联剂A1160、A171和KH550中的一种或几种，其用量是铁赤泥质量的1%~5%。

进一步，所述的表面活性剂为吐温80、吐温60、吐温40中的一种或几种。

进一步，所述的发泡剂为正戊烷、异戊烷、环戊烷中的一种或几种。

进一步，所述的固化剂由盐酸与磷酸按3∶1的质量比配制得到。

上述的酚醛树脂、偶联剂等发泡原料均为市售的本领域常规材料，酚醛树脂发泡原材料的配比和工艺按现有文献中常用的生产工艺进行。

本发明的有益效果。

1、本发明所制备酚醛泡沫保温板的表观密度为40~50 kg/m³，密度小，但强度高，既减轻了自重，又节省了成本。

2、通过加入功能化铁赤泥，本发明的增强增韧酚醛泡沫保温板的机械性能、阻燃性能和绝热性能均得到明显地提高，完全符合建筑外墙保温材料的应用标准。

3、本发明的增强增韧酚醛泡沫保温板的拉拔强度为0.17~0.19 MPa，抗冲击强度为0.211~0.226 MPa，导热系数为0.0235~0.0265 W/(m·K)，氧指数为50%~52%。

附图说明

图1是铁赤泥表面功能化示意图；

图2是功能化铁赤泥与酚醛树脂反应示意图；

图3是功能化铁赤泥增强增韧酚醛泡沫的微观结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

常温下，将12份功能化铁赤泥、3份吐温60和7份正戊烷加入到100份酚醛树脂中，高速搅拌5 min，搅拌速度为1000 r/min，再加入10份固化剂，继续搅拌1 min后倒入一定形状的模具中，将模具放入烘箱中，在60℃的环境下进行酚醛树脂的预固化，同时除去部分挥发组分及多余溶剂，得到预浸料；将所得预浸料放入模压机上，在0.3 MPa压力下，80℃温度环境下保持5 min，即可完成整个发泡流程，得到功能化铁赤泥增强增韧酚醛泡沫保温板。

实施例2。

常温下，将13份功能化铁赤泥、4份吐温80和7份正戊烷加入到100份酚醛树脂中，高速搅拌5 min，搅拌速度为1000 r/min，再加入15份固化剂，继续搅拌1 min后倒入一定形状的模具中，将模具放入烘箱中，在50℃的环境下进行酚醛树脂的预固化，同时除去部分挥发组分及多余溶剂，得到预浸料；将所得预浸料放入模压机上，在0.3 MPa压力下，70℃温度环境下保持5 min，即可完成整个发泡流程，得到功能化铁赤泥增强增韧酚醛泡沫保温板。

实施例3。

常温下，将14份功能化铁赤泥、5份吐温80和8份异戊烷加入到100份酚醛树脂中，高速搅拌5 min，搅拌速度为1000 r/min，再加入18份固化剂，继续搅拌1min后倒入一定形状的模具中；将模具放入烘箱中，在50℃的环境下进行酚醛树脂的预固化，同时除去部分挥发组分及多余溶剂，得到预浸料；将所得预浸料放入模压机上，在0.3 MPa压力下，80℃温度环境下保持5 min，即可完成整个发泡流程，得到功能化铁赤泥增强增韧酚醛泡沫保温板。

实施例4。

常温下，将13份功能化铁赤泥、4份吐温80和7份正戊烷加入到100份酚醛树脂中，高速搅拌5 min，搅拌速度为1000 r/min，再加入20份固化剂，继续搅拌1min后倒入一定形状的模具中；将模具放入烘箱中，在60℃的环境下进行酚醛树脂的预固化，同时除去部分挥发组分及多余溶剂，得到预浸料；将所得预浸料放入模压机上，在0.3 MPa压力下，70℃温度环境下保持5 min，即可完成整个发泡流程，得到功能化铁赤泥增强增韧酚醛泡沫保温板。

实施例5。

将实施例1~4制备得到的保温板进行性能检测，结果见表1。

表1

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注：

1. 表观密度测试标准ASTM D1622-2008；

2. 拉拔强度测试标准GB9641-88；

3. 抗冲击强度测试标准GB11548-89；

4. 导热系数测试标准GB/T10295-2008；

5. 氧指数测试标准GB/T 2406-1993。