一种纤维素改性酚醛泡沫的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种纤维素酚醛泡沫的制备方法。过程如下：配制7wt％氢氧化钠和12wt％尿素的混合水溶液并预冷至-12℃，加入已粉碎的纤维素，搅拌2-5min得到透明的纤维素溶液；将纤维素溶液加入苯酚，得到生物质酚；将生物质酚与甲醛按摩尔比1:1.5-1:2.0混合，加入催化剂进行缩聚反应，减压脱水、冷却出料，制得流动态纤维素酚醛树脂；按重量份数取流动态纤维素酚醛树脂100份、表面活性剂4-8份、发泡剂3-10份、固化剂10-20份，混合均匀后在60-80℃下发泡10-20min，得到纤维素改性酚醛泡沫。本发明利用纤维素部分替代苯酚，降低了酚醛泡沫的生产成本，同时促进了生物质资源的高效利用。
【专利说明】一种纤维素改性酚醛泡沬的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高分子阻燃材料【技术领域】，具体涉及到一种纤维素酚醛泡沫。
【背景技术】
[0002]近年来，我国火灾的频繁发生，且90%以上的火灾是由于用火不慎引起室内可燃物燃烧，严重威胁人民的财产和生命安全；同时，随着节能保温和阻燃性能指标要求的进一步提高，阻燃建材的需求将进一步增长，开展新型节能保温材料的防火阻燃研究势在必行。酚醛泡沫塑料是一种物美价廉的轻质阻燃材料，具有耐热、难燃、自熄、低烟低毒、抗火焰穿透、遇火无滴落物等优点，很适合用于建筑的保温材料。但由于其脆性大、开孔率高、易粉化等缺点限制了它的应用。
[0003]纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物，是取之不尽用之不竭的，人类最宝贵的天然可再生资源。同时由于纤维素具有分子量大、来源广泛、生物可降解性，对环境无污染，是较佳的天然增强材料。利用纤维素增强酚醛泡沫，不仅能提高泡沫的力学性能，还能促进生物质资源高效利用。
[0004]酚醛泡沫是由酚醛树脂经过进一步发泡制得的。为提高泡沫韧性，降低粉化现象，可在酚醛树脂生产工艺中或在调试发泡配方时进行适当改性处理。现有技术采用填充型改性剂、尿素改性树脂、增韧剂等都取得了不错的效果，但是利用天然生物质来增强泡沫的应用研究较少，特别是采用纤维素，主要原因就是纤维素分子结构稳定，不溶于普通溶剂，很难与酚醛树脂发生交联而达到改性的目的。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种纤维素改性酚醛泡沫的制备方法，制备得到韧性较好且性能稳定的改性酹醒泡沫。
[0006]为达到上述目的采用技术方案如下:
[0007]一种纤维素改性酚醛泡沫的制备方法，包括以下步骤:
[0008]配制7wt%氢氧化钠和12wt%尿素的混合水溶液并预冷至-12°C，加入已粉碎的纤维素，搅拌2-5min得到透明的纤维素溶液；
[0009]将纤维素溶液加入苯酚，得到生物质酚；
[0010]将生物质酚与甲醛按摩尔比1: 1.5-1: 2.0混合，加入催化剂进行缩聚反应，减压脱水、冷却出料，制得流动态纤维素酚醛树脂；
[0011]按重量份数取流动态纤维素酚醛树脂100份、表面活性剂4-8份、发泡剂3-10份、固化剂10-20份，混合均匀后在60-80°C下发泡10-20min，得到纤维素改性酚醛泡沫。
[0012]按上述方案，加入的纤维素溶液体积是苯酚的10% -20%。
[0013]按上述方案，所述的纤维素是棉花或棉织品。
[0014]按上述方案，所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钙或氨水。
[0015]按上述方案，所述的表面活性剂为吐温-80、硅油或蓖麻油。
[0016]按上述方案，所述的发泡剂为正戊烷、异戊烷或石油醚。
[0017]按上述方案，所述固化剂为无机酸、有机酸或两者的混合；无机酸为盐酸、磷酸或硼酸；有机酸为苯磺酸、乙酸或对甲苯磺酸。
[0018]本发明的有益效果:
[0019]本发明利用纤维素部分替代苯酚，降低了酚醛泡沫的生产成本，同时促进了生物质资源的高效利用。
[0020]本发明采用绿色溶剂7wt% Na0H/12wt%尿素水溶液来溶解纤维素，NaOH可以有效脱脂，并且能提前给体系提供一个碱性环境，使纤维素、苯酚和甲醛充分接触，提高反应效率，同时能减少碱性催化剂的用量；尿素在反应结束后能捕获游离的甲醛，冷却出料时无需用酸中和，简化了操作步骤，同时提高了酚醛树脂的活性。
[0021]本发明采用混合酸做固化剂既能降低对设备的腐蚀性又可保证发泡充分，性能稳定。
[0022]本发明的酚醛泡沫属于生物质材料，具有良好的可降解性，是一种环保的新型材料，拥有广阔的市场前景。
【具体实施方式】
[0023]以下结合实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
[0024]本发明纤维素改性酚醛泡沫，制备过程如下:
[0025]配制7wt%氢氧化钠和12wt%尿素的混合水溶液并预冷至-12°C，加入已粉碎的纤维素，搅拌2-5min得到透明的纤维素溶液；
[0026]将纤维素溶液加入苯酚，得到生物质酚；
[0027]将生物质酚与甲醛按摩尔比1: 1.5-1:2.0混合，加入催化剂进行缩聚反应，减压脱水、冷却出料，制得流动态纤维素酚醛树脂；
[0028]按重量份数取流动态纤维素酚醛树脂100份、表面活性剂4-8份、发泡剂3-10份、固化剂10-20份，混合均匀后在60-80°C下发泡10-20min，得到纤维素改性酚醛泡沫。
[0029]表面活性剂为吐温-80、硅油或蓖麻油。发泡剂为正戊烷、异戊烷或石油醚。固化剂为无机酸、有机酸或两者的混合；无机酸为盐酸、磷酸或硼酸；有机酸为苯磺酸、乙酸或对甲苯磺酸。
[0030]优化地，流动态纤维素酚醛树脂制备过程中，加入的纤维素溶液体积是苯酚的5%-20%。纤维素是棉花或棉织品。催化剂为氢氧化钠、氢氧化钙或氨水。
[0031]实施例1
[0032]配制7wt% Na0H/12wt%尿素水溶液并预冷至-12°C，加入已粉碎的棉花，高速搅拌2min，得到纤维素溶液；将苯酚与纤维素溶液混合，纤维素溶液的体积为苯酚的10%，得到生物质酚。将生物质酚与甲醛以摩尔比1:1.5混合，加入NaOH催化，80°C充分搅拌90min进行缩聚反应，然后减压脱水，冷却出料，制得流动态纤维素酚醛树脂；
[0033]取流动态纤维素酚醛树脂100份，吐温-804份，正戊烷5份，固化剂10份，所述的固化剂为磷酸、对甲苯磺酸和水按质量比3:10:2混合的混合物，在室温25°C下充分搅拌60s，然后在70°C环境下发泡15min，制得固态纤维素酚醛泡沫。
[0034]所得酚醛泡沫表观密度为65kg/m3，压缩强度为146kpa，极限氧指数为52。
[0035]实施例2
[0036]配制7wt% Na0H/12wt%尿素水溶液并预冷至-12°C，加入已粉碎的棉花，高速搅拌5min，得到纤维素溶液；将苯酚与纤维素溶液混合，纤维素溶液的体积为苯酚的20%，得到生物质酚。将生物质酚与甲醛以摩尔比1:2.0混合，加入氨水催化，80°C充分搅拌120min进行缩聚反应，然后减压脱水，冷却出料，制得流动态纤维素酚醛树脂；
[0037]取流动态纤维素酚醛树脂100份，硅油4份，正戊烷10份，固化剂15份，所述的固化剂为盐酸、乙酸和水按质量比3:10:2混合的混合物，在室温30°C下充分搅拌40s，然后在75°C环境下发泡lOmin，制得固态纤维素酚醛泡沫。
[0038]所得酚醛泡沫表观密度为56kg/m3，压缩强度为138kpa，极限氧指数为48。
[0039]实施例3
[0040]配制7wt% NaOH/12wt%尿素水溶液并预冷至-12°C，加入已粉碎的棉花，高速搅拌3min，得到纤维素溶液；将苯酚与纤维素溶液混合，纤维素溶液的体积为苯酚的15%，得到生物质酚。将生物质酚与甲醛以摩尔比1: 1.8混合，加入NaOH催化，85°C充分搅拌10min进行缩聚反应，然后减压脱水，冷却出料，制得流动态纤维素酚醛树脂；
[0041]取流动态纤维素酚醛树脂100份，吐温-806份，石油醚3份，固化剂20份，所述的固化剂为磷酸、对甲苯磺酸和水按质量比3:10:2混合的混合物，在室温20°C下充分搅拌60s，然后在60°C环境下发泡20min，制得固态纤维素酚醛泡沫。
[0042]所得酚醛泡沫表观密度为69kg/m3，压缩强度为154kpa，极限氧指数为56。
[0043]实施例4
[0044]配制7wt% NaOH/12wt%尿素水溶液并预冷至-12°C，加入已粉碎的棉花，高速搅拌5min，得到纤维素溶液；将苯酚与纤维素溶液混合，纤维素溶液的体积为苯酚的20%，得到生物质酚。将生物质酚与甲醛以摩尔比1:2.0混合，加入NaOH催化，90°C充分搅拌80min进行缩聚反应，然后减压脱水，冷却出料，制得流动态纤维素酚醛树脂；
[0045]取流动态纤维素酚醛树脂100份，吐温-808份，正戊烷10份，固化剂10份，所述的固化剂为磷酸、苯磺酸和水按质量比3:10:2混合的混合物，在室温25°C下充分搅拌60s，然后在80°C环境下发泡lOmin，制得固态纤维素酚醛泡沫。
[0046]所得酚醛泡沫表观密度为42kg/m3，压缩强度为135kpa，极限氧指数为46。
[0047]实施例5
[0048]配制7wt% NaOH/12wt%尿素水溶液并预冷至-12°C，加入已粉碎的棉花，高速搅拌3min，得到纤维素溶液；将苯酚与纤维素溶液混合，纤维素溶液的体积为苯酚的10%，得到生物质酚。将生物质酚与甲醛以摩尔比1:1.8混合，加入Ca (OH)2催化，80°C充分搅拌90min进行缩聚反应，然后减压脱水，冷却出料，制得流动态纤维素酚醛树脂；
[0049]取流动态纤维素酚醛树脂100份，吐温-804份，异戊烷5份，固化剂15份，所述的固化剂为磷酸、对甲苯磺酸和水按质量比3:10:2混合的混合物，在室温28°C下充分搅拌60s，然后在65°C环境下发泡15min，制得固态纤维素酚醛泡沫。
[0050]所得酚醛泡沫表观密度为58kg/m3，压缩强度为150kpa，极限氧指数为47。
[0051]对比例
[0052]将苯酚与甲醛按摩尔比1: 1.8混合，加入氢氧化钠催化，80°C充分搅拌90min进行缩聚反应，然后减压脱水，冷却出料，制得流动态酚醛树脂；取流动态酚醛树脂100份，吐温-804份，正戊烷5份，固化剂10份，所述的固化剂为磷酸、对甲苯磺酸和水按质量比3:10:2混合的混合物，在室温25°C下充分搅拌60s，然后在70°C环境下发泡lOmin，制得固态纤维素酚醛泡沫。所得酚醛泡沫表观密度为43kg/m3，压缩强度为123kpa，极限氧指数为42。
[0053]由实施例1-5及对比例可以得出，本发明制备的纤维素酚醛泡沫的压缩性能显著提高，同时具有良好的阻燃性和环保性，应用前景广阔。
【权利要求】
1.一种纤维素改性酚醛泡沫的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 配制7wt%氢氧化钠和12wt%尿素的混合水溶液并预冷至-12°c，加入已粉碎的纤维素，搅拌2-5min得到透明的纤维素溶液； 将纤维素溶液加入苯酚，得到生物质酚； 将生物质酚与甲醛按摩尔比1:1.5-1:2.0混合，加入催化剂进行缩聚反应，减压脱水、冷却出料，制得流动态纤维素酚醛树脂； 按重量份数取流动态纤维素酚醛树脂100份、表面活性剂4-8份、发泡剂3-10份、固化剂10-20份，混合均匀后在60-80°C下发泡10-20min，得到纤维素改性酚醛泡沫。
2.如权利要求1所述纤维素改性酚醛泡沫，其特征在于加入的纤维素溶液体积是苯酚的 10% -20%。
3.如权利要求1所述纤维素改性酚醛泡沫，其特征在于所述的纤维素是棉花或棉织品O
4.如权利要求1所述纤维素改性酚醛泡沫，其特征在于所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钙或氨水。
5.如权利要求1所述纤维素改性酚醛泡沫，其特征在于所述的表面活性剂为吐温-80、硅油或蓖麻油。
6.如权利要求1所述纤维素改性酚醛泡沫，其特征在于所述的发泡剂为正戊烷、异戊烷或石油醚。
7.如权利要求1所述纤维素改性酚醛泡沫，其特征在于所述固化剂为无机酸、有机酸或两者的混合；无机酸为盐酸、磷酸或硼酸；有机酸为苯磺酸、乙酸或对甲苯磺酸。
【文档编号】C08L61/14GK104311868SQ201410584376
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】刘生鹏, 黄普林, 许莉莉, 樊庆春, 丁一刚 申请人:武汉工程大学