[發明專利]二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 200910037912.5
• 申請日: 2009-03-16
• 公開（公告）號: CN101508814A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 龐浩;陳永;廖兵;姜玉
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州化學研究所
• 主分類號: C08L29/14
• 分類號: C08L29/14;C08F8/28;C08K3/36;C08J9/08;C08J9/12;A61L15/24;B01D39/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 裘 暉;楊曉松

技術領域

本發明涉及一種聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料，尤其涉及一種二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料及其制備方法和應用。

背景技術

聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料是一種開孔率可控、耐化學品性和生物相容性好的泡沫材料，并具有良好的衛生安全性及二次加工性能。

根據縮甲醛化與泡沫的形成先后關系，可將聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料的制備制備方法分為兩類：

(1)含氣泡或可溶性物質的聚乙烯醇水溶液在酸的存在下，與甲醛反應，當達到一定的縮醛化度時，聚乙烯醇縮醛化物就從醛化液中離漿、白濁化而析出，同時氣泡被固定或由于可溶性物質的溶出而形成泡沫材料。改變氣泡的形成方法及條件，改變縮醛化度，可以得到不同氣孔大小及分布。不同彈性、比重及手感的泡沫材料，可以適用于各種不同領域。此類制備可用澆鑄成型的方法，切割成所需制品。

(2)聚乙烯醇成型后，再產生多孔結構。如在聚乙烯醇水溶液中添加150℃以下的水溶性液體，經干法或濕法擠出成條狀物，再經熱處理、延伸、縮醛化后，在170℃高溫下使水溶性液體蒸發而發泡，得條狀海棉，用于替代藤條做編織物。

聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料的工業生產以第一種方法為主。關于氣泡的產生有多種方法：反應中通入氣體成泡沫，然后縮醛化固定；機械攪拌氣泡法；發泡劑起泡法等。泡沫材料還可通過添加可溶性的淀粉、糊精等產生。普通聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料的縮醛化度為60～70％，交聯度較低，材料的機械強度不高，拉伸強度為0.4～0.8Mpa；耐熱性較低，起始分解溫度只達到240℃。縮醛化度為90％的材料，起始分解溫度可達300℃。通過加大甲醛用量和延長反應時間能夠提高縮醛化度，進而達到改善機械強度和耐熱性的目的。由于聚乙烯醇泡沫材料的制備是在非均相中進行，多孔體系傳熱慢，達到較高的縮醛化度需相當長時間。在60～70℃條件下縮醛化反應60小時，45℃補充醛化100小時，只能制得縮醛化度為82％的泡沫材料。上述方法的實施直接導致成本上升和環境壓力。

有機/無機復合材料中添加無機材料，可使材料在具備高分子材料優異性能的同時，也具備了無機材料的優異的力學和熱穩定性能。二氧化硅是一種重要的無機添加料，采用烷氧基硅烷用溶膠-凝膠法可制備各種含二氧化硅性能優異復合材料，如聚乙烯醇/二氧化硅共混膜和復合纖維。由于聚乙烯醇縮甲醛含有活潑羥基，增加了與二氧化硅的相互作用，避免了相分離，進一步增加了材料的機械性能和熱力學性能。同時材料的制備工藝簡單，在不增加成本和環境壓力的條件下，為制備高機械強度、高耐熱性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料增添了新途徑。

發明內容

針對現有技術的缺點和不足，本發明首先致力于提供一種機械強度高、耐熱性好的二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料。

本發明的另一目的是提供上述二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料的制備方法。

本發明的再一目的是提供上述二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料的應用。

本發明的目的通過以下的技術方案來實現：一種二氧化硅改性聚乙烯醇縮甲醛泡沫材料主要由以下原料混合反應制得：聚乙烯醇、無機二氧化硅或硅化物、甲醛、水、成孔劑、乳化劑、發泡劑、酸性催化劑和助劑。

按重量份各原料組分的重量配比為：100份聚乙烯醇、1～50份無機二氧化硅或能夠水解生成二氧化硅的硅化物、20～100份甲醛、300～1200份水、30～400份酸性催化劑、0～80份成孔劑、0～10份發泡劑、0.1～10份乳化劑、0～20份助劑。

為更好的實現本發明，更優選的重量配比為：

100份聚乙烯醇、1～30份無機二氧化硅或能夠水解生成二氧化硅的硅化物、40～70份甲醛、800～1000份水、30～150份酸性催化劑、0～50份成孔劑、0～5份發泡劑、2～8份乳化劑、0～20份助劑。

上述原料組分中，

所述的能夠水解生成二氧化硅的硅化物優選包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯或它們的混合物。

所述的酸性催化劑優選包括鹽酸、硫酸、磷酸、甲酸、乙酸和草酸中至少一種，更優選為鹽酸、硫酸和磷酸中的至少一種。

所述的成孔劑優選包括麥類淀粉、薯類淀粉、玉米淀粉及它們的糊化物的中的至少一種。

所述的發泡劑優選包括碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀和碳酸氫鉀中的至少一種。

所述的乳化劑優選包括C₁₂～C₁₇烷基苯磺酸鹽和C₄～C₁₀烷基酚聚氧乙烯醚的中的至少一種，更優選為十二烷基苯磺酸鈉、辛基酚聚氧乙烯醚或它們的混合物。