一种轻质高强酚醛泡沫及其制备方法
【专利摘要】本发明是一种轻质高强酚醛泡沫及其制备方法。该泡沫按重量份计，主要由以下的原料制成：高粘度酚醛树脂100份，硅溶胶4—6份，pH调节剂3—5份，硅酸钾2—4份，发泡剂7—10份，乳化剂5—10份，固化剂10—16份。该泡沫制备方法，其使用硅溶胶/硅酸钾引入纳米二氧化硅粒子到酚醛泡沫中，并利用纳米二氧化硅与高粘度酚醛树脂作用，生成Si—O—C化学键，产生界面增强效应，具体是：在一个带有搅拌的容器里，按配比加入原料，搅拌均匀后，迅速倒入模具中，在65－70℃下发泡，保温20－30min，脱模即可。本发明改善了机械强度，降低了生产成本，提高了耐热性，操作简单，适合工业化操作。
【专利说明】
一种轻质高强酚醛泡沬及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及泡沫塑料技术领域，尤其涉及一种轻质高强酚醛泡沫及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 酚醛树脂是新一代的防火保温隔热材料，被誉为保温材料之王，相比于无机保温 板导热系数大，酚醛保温板既有较低的导热系数，又有难燃易熄，发烟量小，热稳定性好，质 轻等优点，这使其广泛的应用于建筑，交通运输，化工等领域。然而酚醛泡沫具有质脆，易掉 渣，易开裂等缺点，且生产成本较高，严重限制了其进一步的推广使用。本发明针对这些缺 点对泡沫进行增强改性的研究，改善机械强度的同时降低生产成本。
[0003] 在Si02纳米粒子和基体树脂的界面层存在着硅羟基和酚羟基脱水反应产生的化 学键交联。通过化学键能够增强纳米颗粒和基体树脂间的界面交联，通过界面效应来提高 泡沫的拉伸强度。并且含硅酚醛树脂比普通酚醛树脂的耐热性要高得多，因为Si - 0键能 (372kJ/mol)比C一 C键能(242kJ/mol)高得多。使用廉价易得的材料硅溶胶/硅酸钾材料成 功将纳米二氧化硅引入到酚醛泡沫中，并利用其与酚醛树脂作用，产生界面增强效应，制得 轻质高强的酚醛泡沫，大量节省了原材料，并且硅溶胶/硅酸钾自身含有的水分稀释了酚醛 树脂，起到了降粘作用，不再单独加入降粘剂，具有重大的商业价值。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是:提供一种轻质高强酚醛泡沫及其制备方法，所述 轻质高强酚醛泡沫具有良好的阻燃性能，其泡沫的韧性与拉伸强度都得到了较大程度的提 尚。
[0005] 本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
[0006] 本发明提供的轻质高强酚醛泡沫，按重量份计，其主要由以下的原料制成:高粘度 酚醛树脂100份，硅溶胶4一6份，pH调节剂3-5份，硅酸钾2-4份，发泡剂7-10份，乳化剂 5-10份，固化剂10-16份。
[0007] 所述的pH调节剂，采用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、乙醇钠、乙醇钾、季氨碱中 的一种，或多种。
[0008] 所述的乳化剂，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、吐温系列中的一种，或多种。
[0009] 所述的发泡剂，采用二氯甲烷、异戊烷、正戊烷、正丁烷正戊烷、石油醚、环戊烷、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-氯丁烷中的一种， 或多种。
[0010] 所述的固化剂为无机酸与有机酸的混合物，二者重量比为8:2 - 9:1，其中：无机酸 采用盐酸、硫酸、磷酸中的一种或多种，有机酸采用对甲苯磺酸、苯磺酸、甲基磺酸中的一种 或多种。
[0011] 本发明提供的上述的轻质高强酚醛泡沫，其在制备建筑外墙保温材料中的应用。
[0012]本发明提供的上述的轻质高强酚醛泡沫，其制备方法是:使用硅溶胶/硅酸钾引入 纳米二氧化硅粒子到酚醛泡沫中，并利用纳米二氧化硅与高粘度酚醛树脂作用，生成Si - 〇-C化学键，产生界面增强效应，具体是:在一个带有搅拌的容器里，按配比加入原料，搅拌 均匀后，迅速倒入模具中，在65 - 70°C下发泡，保温20 - 30min，脱模，得到权利要求1至5中 任一所述的轻质高强酚醛泡沫。
[0013] 上述方法中，按配比加入原料的顺序是：酚醛树脂，调pH的硅溶胶/硅酸钾，乳化 剂，发泡剂，固化剂。
[0014] 所述的高粘度酚醛树脂，由以下方法制成:将苯酚与多聚甲醛在反应釜中混合，二 者活性基团数比为1:1 一 1.2;升温至65 - 70°C，分三次加入30 - 35wt %的氢氧化钠溶液，每 隔一小时加一次，三个小时后，升温至85 -90°C，然后保温搅拌3 -4h，得到粘度为25000 - 35000mPa · s的改性酚醛树脂，其为高粘度酚醛树脂。
[0015] 本发明提供的上述方法所制备的轻质高强酚醛泡沫，其在制备建筑外墙保温材料 中的应用。
[0016] 本发明与现有技术相比，具有以下主要的优点：
[0017] 1.改善了机械强度：
[0018] 该方法制备得到的酚醛泡沫闭孔率高，泡孔细腻，阻燃性也有一定的提高，是一种 综合性能优异的酚醛泡沫，在低密度40kg/m 3左右的情况下，拉伸强度能达到0.093MPa。
[0019] 2.降低了生产成本：
[0020] 由于硅溶胶/硅酸钾自身含有水分充当了树脂稀释剂的作用，能够降低高粘度树 脂的粘度，不用再添加降粘剂;另外，本发明所述的酚醛泡沫，所用树脂较少，制得的泡沫密 度较低，所以降低了生产成本。
[0021] 3.提尚了耐热性：
[0022] 酚醛树脂中含有大量羟基，本发明选用具有羟基的硅溶胶，硅酸钾材料，并且让硅 溶胶/硅酸钾复配使用，硅酸钾份额形成大粒子，而更多胶体二氧化硅份额形成小粒子，大 小粒子结合，一方面避免了二氧化硅的团聚，另一方面提高了其活性，利用羟基缩合，形成 Si-0-C化学键，不仅增加了材料的强度，而且因为Si - 0键能（372kJ/mol)比C一C键能 (242kJ/mol)高得多，相应的酚醛泡沫的耐热性要提高很多。
[0023] 4.操作简单，直接将硅溶胶，硅酸钾材料加入到酚醛树脂中混合，不需要其他苛刻 的如高温高压，密闭环境等条件，适合工业化操作。
【具体实施方式】
[0024] 本发明提供的轻质高强酚醛泡沫及其制备方法，是一种纳米二氧化硅增强酚醛泡 沫的方法。该方法使用廉价易得的硅溶胶/硅酸钾引入纳米二氧化硅粒子到酚醛泡沫，利用 其与酚醛树脂作用，生成Si-0-C化学键，通过界面作用来增强酚醛泡沫。使用高粘度酚醛 树脂，采用中低温固化快速发泡树脂。
[0025]下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但不限定本发明。
[0026] 实施例1
[0027] 本实施例1提供的轻质高强酚醛泡沫，按重量份包括以下原料：高粘度酚醛树脂 100份，娃溶胶4份，pH调节剂3份，娃酸钾2份，乳化剂5份，发泡剂7份，固化剂12份。
[0028]所述轻质高强酚醛泡沫的制备方法，包括:先将高粘度酚醛树脂和硅溶胶混合均 匀，然后加入pH调节剂，使pH= 11，接着加入硅酸钾、乳化剂、发泡剂和固化剂，每加入一种 物质都应保证其与其它物质混合均匀，尤其当加入固化剂的时候，要提高搅拌器的转速，在 高搅拌速度下混合，一分钟内要转移到模具中发泡。
[0029] 所述高粘度酚醛树脂，其粘度为25000 - 35000mPa · s。
[0030] 所述固化剂为无机酸与有机酸的混合物，其重量配比为9:1。
[0031] 实施例2
[0032] 本发明提出一种轻质高强酚醛泡沫，按重量份包括如下原料:高粘度酚醛树脂100 份，pH调节剂3份，娃溶胶4份，娃酸钾2份，乳化剂5份，发泡剂7份，固化剂12份；
[0033] 所述轻质高强酚醛泡沫的制备方法，包括:先用pH调节剂调节高粘度酚醛树脂的 pH，使pH= 11，接着依次加入硅溶胶，娃酸钾，乳化剂，发泡剂，固化剂，每加入一种物质都应 保证其与其他物质混合均匀，尤其当加入固化剂的时候，要提高搅拌器的转速，在高搅拌速 度下混合，一分钟内要转移到模具中发泡。
[0034] 所述高粘度酚醛树脂，其粘度为25000 - 35000mPa · s。
[0035] 所述固化剂为无机酸与有机酸的混合物，其重量配比为9:1。
[0036] 实施例3
[0037] 本发明提出一种轻质高强酚醛泡沫，按重量份包括如下原料:高粘度酚醛树脂100 份，pH调节剂3份，娃溶胶4份，娃酸钾2份，乳化剂5份，发泡剂7份，固化剂12份；
[0038] 所述轻质高强酚醛泡沫的制备方法，包括:先用pH调节剂分别调节高粘度酚醛树 脂的pH和硅溶胶的pH，使其pH= 11，然后将二者混合均匀，再依次加入硅酸钾，乳化剂，发泡 剂，固化剂，每加入一种物质都应保证其与其他物质混合均匀，尤其当加入固化剂的时候， 要提高搅拌器的转速，在高搅拌速度下混合，一分钟内要转移到模具中发泡。
[0039] 所述高粘度酚醛树脂，其粘度为25000 - 35000mPa · s。
[0040]所述固化剂为无机酸与有机酸的混合物，其重量配比为9:1。
[0041 ] 实施例4
[0042]本发明提出一种轻质高强酚醛泡沫，按重量份包括如下原料:高粘度酚醛树脂100 份，pH调节剂3份，娃溶胶4份，娃酸钾2份，乳化剂5份，发泡剂7份，固化剂12份；
[0043]所述轻质高强酚醛泡沫的制备方法，包括:先用pH调节剂调节硅溶胶的pH，使pH = 11，然后将其与硅溶胶混合均匀加入到高粘度酚醛树脂中，接着依次加入乳化剂，发泡剂， 固化剂，每加入一种物质都应保证其与其他物质混合均匀，尤其当加入固化剂的时候，要提 高搅拌器的转速，在高搅拌速度下混合，一分钟内要转移到模具中发泡。
[0044] 所述高粘度酚醛树脂，其粘度为25000 - 35000mPa · S。
[0045] 所述固化剂为无机酸与有机酸的混合物，其重量配比为9:1。
[0046] 实施例5
[0047] 本发明提出一种轻质高强酚醛泡沫，按重量份包括如下原料:高粘度酚醛树脂100 份，pH调节剂5份，娃溶胶6份，娃酸钾4份，乳化剂10份，发泡剂10份，固化剂16份；
[0048] 所述轻质高强酚醛泡沫的制备方法，包括:先将高粘度酚醛树脂和硅溶胶混合均 匀，然后加入pH调节剂，使pH= 11，接着加入硅酸钾，乳化剂，发泡剂，固化剂，每加入一种物 质都应保证其与其他物质混合均匀，尤其当加入固化剂的时候，要提高搅拌器的转速，在高 搅拌速度下混合，一分钟内要转移到模具中发泡。
[0049] 所述高粘度酚醛树脂，其粘度为25000 - 35000mPa · s。
[0050] 所述固化剂为无机酸与有机酸的混合物，其重量配比为9:1。
[0051 ] 实施例6
[0052]本发明提出一种轻质高强酚醛泡沫，按重量份包括如下原料:高粘度酚醛树脂100 份，pH调节剂4份，娃溶胶5份，娃酸钾3份，乳化剂8份，发泡剂8份，固化剂10份；
[0053]所述轻质高强酚醛泡沫制作加料方法，包括:先将高粘度酚醛树脂和硅溶胶混合 均匀，然后加入pH调节剂，使pH= 11，接着加入硅酸钾，乳化剂，发泡剂，固化剂，每加入一种 物质都应保证其与其他物质混合均匀，尤其当加入固化剂的时候，要提高搅拌器的转速，在 高搅拌速度下混合，一分钟内要转移到模具中发泡。
[0054] 所述高粘度酚醛树脂，其粘度为25000 - 35000mPa · s。
[0055] 所述固化剂为无机酸与有机酸的混合物，其重量配比为9:1。
[0056] 实施例1 一实施例6中所述轻质高强酚醛泡沫的制备方法，包括:按配方重量份数 依次加料，每加一次料的时候都要保证混合均匀，加入乳化剂后，可以多搅拌一会儿，加完 发泡剂后要提高搅拌速度，快速加入固化剂，搅拌一分钟马上倒入模具中，并送入到65 - 70 °C烘箱中保温20 - 30min，得到所述轻质高强酚醛泡沫。
[0057]上述实施例中，所述pH调节剂采用氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化钡，乙醇钠，乙醇 钾，季氨碱中的一种或多种。
[0058]上述实施例中，所述乳化剂选自聚硅氧烷、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、吐温系列中的一种或多种。
[0059]上述实施例中，所述发泡剂选自二氯甲烷、异戊烷、正戊烷、正丁烷正戊烷、石油 醚、环戊烷、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 丁烷中的一种或者多种。
[0060] 上述实施例中，所述固化剂为无机酸与有机酸的混合物，所述酸选自盐酸、硫酸、 磷酸、对甲苯磺酸、苯磺酸、甲基磺酸中的一种或者多种。
[0061] 上述实施例1 一实施例6得到的轻质高强酚醛泡沫，其性能测试结果如表1所示：
[0062] 表1轻质高强酚醛泡沫的性能测试结果
[0063]
[0064] 其中，拉伸强度按JG149-2003测试。
【主权项】
1. 一种轻质高强酚醛泡沫，其特征是按重量份计，主要由以下的原料制成:高粘度酚醛 树脂100份，硅溶胶4一6份，pH调节剂3-5份，硅酸钾2-4份，发泡剂7-10份，乳化剂5-10 份，固化剂1 〇-16份。2. 根据权利要求1所述的轻质高强酚醛泡沫，其特征在于所述的pH调节剂，采用氢氧化 钠、氢氧化钾、氢氧化钡、乙醇钠、乙醇钾、季氨碱中的一种，或多种。3. 根据权利要求1所述的轻质高强酚醛泡沫，其特征在于所述的乳化剂，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、吐温系列 中的一种，或多种。4. 根据权利要求1所述的轻质高强酚醛泡沫，其特征在于所述的发泡剂，采用二氯甲 烷、异戊烷、正戊烷、正丁烷正戊烷、石油醚、环戊烷、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-氯丁烷中的一种，或多种。5. 根据权利要求1所述的轻质高强酚醛泡沫，其特征在于所述的固化剂为无机酸与有 机酸的混合物，二者重量比为8:2 - 9:1，其中：无机酸采用盐酸、硫酸、磷酸中的一种或多 种，有机酸采用对甲苯磺酸、苯磺酸、甲基磺酸中的一种或多种。6. 权利要求1至5中任一所述轻质高强酚醛泡沫的用途，其在制备建筑外墙保温材料中 的应用。7. -种轻质高强酚醛泡沫的制备方法，其特征是使用硅溶胶/硅酸钾引入纳米二氧化 硅粒子到酚醛泡沫中，并利用纳米二氧化硅与高粘度酚醛树脂作用，生成Si -0-C化学键， 产生界面增强效应，具体是:在一个带有搅拌的容器里，按配比加入原料，搅拌均匀后，迅速 倒入模具中，在65 - 70°C下发泡，保温20 - 30min，脱模，得到权利要求1至5中任一所述的轻 质高强酚醛泡沫。8. 根据权利要求7所述的轻质高强酚醛泡沫的制备方法，其特征是按配比加入原料的 顺序是:酚醛树脂，调pH的硅溶胶/硅酸钾，乳化剂，发泡剂，固化剂。9. 根据权利要求7所述的轻质高强酚醛泡沫的制备方法，其特征在于所述的高粘度酚 醛树脂，由以下方法制成:将苯酚与多聚甲醛在反应釜中混合，二者活性基团数比为1:1一 1.2;升温至65 -70 °C，分三次加入30 -35wt %的氢氧化钠溶液，每隔一小时加一次，三个小 时后，升温至85 - 90°C，然后保温搅拌3 - 4h，得到粘度为25000 - 35000mPa · s的改性酚醛 树脂，其为高粘度酚醛树脂。10. 权利要求7至9中任一所述方法制备的轻质高强酚醛泡沫，其在制备建筑外墙保温 材料中的应用。
【文档编号】C08J9/14GK106009491SQ201610602517
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月27日
【发明人】陈艳军, 樊晓强, 张超灿, 黄亮
【申请人】武汉理工大学