[發明專利]一種中空玻璃微珠增強的酚醛泡沫復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310018439.2
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103087344A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 姚正軍;陳永鑫;周金堂
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C08J9/14
• 分類號: C08J9/14;C08L61/10;C08K7/28;C08K3/26;C08K3/34;C08K3/36;C08G8/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明屬于發泡材料領域，具體涉及一種中空玻璃微珠增強的酚醛泡沫復合材料的制備方法。

背景技術

近年來，隨著社會的飛速發展，高層建筑日益增多，這也導致了高層建筑火災事件頻頻發生，這對人民的生命和財產安全造成了巨大的威脅，顯然，聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等市場上常見的傳統保溫隔熱泡沫材料由于易燃、發煙量大，而且泡沫在燃燒時會產生有毒氣體等缺點，已然不能滿足社會發展的需要。而酚醛泡沫因其具有其它泡沫塑料無法比擬的優勢，已經成為泡沫塑料中發展最快的品種之一。

酚醛泡沫是由酚醛樹脂通過發泡而制得的一種泡沫塑料。與聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等市場上常見的傳統保溫隔熱泡沫材料相比，它具有阻燃性好、耐火焰穿透性強、遇火無灑落物、低煙、低毒、低導熱系數、抗腐蝕、抗老化、吸音、吸濕等諸多優點，特別是在阻燃、隔熱方面具有特殊的優良性能，是電器、建筑、運輸、軍工、采礦、石油化工、航空航天、船舶等行業較為理想的絕緣隔熱保溫材料，因此它在國內外研究和開發都相當活躍，應用領域不斷擴展，消費量也逐年上升，具有十分廣闊的市場前景。

但是，傳統的酚醛泡沫存在性脆、易碎、本身強度低等缺點，這就使得傳統的酚醛泡沫在使用上受到了很大的限制。在酚醛樹脂改性方面，雖然國內外已經很多研究工作，但大多都集中在酚醛樹脂的增韌上，對酚醛泡沫的強度提高不明顯。

發明內容

為改善酚醛泡沫的性能，尤其是改善其強度的不足，本發明提供了一種中空玻璃微珠增強的酚醛泡沫復合材料的制備方法，該方法制備的泡沫復合材料能有效地提高酚醛泡沫的壓縮強度、彎曲強度、沖擊強度；改善了酚醛泡沫的泡孔結構，降低了泡孔尺寸，使泡孔更加均勻；并且還不會降低酚醛泡沫的抗燃燒性能。

本發明的一種中空玻璃微珠增強的酚醛泡沫復合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1、原料配方配置如下：

苯酚與甲醛的摩爾比為1:1.5～2.5，中空玻璃微珠用量以理論合成酚醛質量的5～25%加入，苯酚與堿性催化劑的摩爾比為1:0.01～0.1；當改性樹脂質量為100份時，加入的表面活性劑質量為2～8份，發泡劑的質量為5～20份，納米形核劑的質量為1～3份，酸性固化劑的質量為2～10份；

步驟2、制備中空玻璃微珠改性甲階酚醛樹脂的工藝流程：

將加熱熔融的苯酚、濃度為37%的甲醛溶液、中空玻璃微珠和堿性催化劑按照設計配比，在20～50℃依次加入到三口燒瓶中，高速攪拌使之混合均勻，并繼續升溫至60～70℃，維持反應溫度1~2h，繼續升溫至90～95℃，保持在該溫度下反應1~3h停止反應，迅速冷卻至室溫，用酸將反應體系的PH值調節至6.5～7.5；最后在溫度為50℃~70℃、真空度維持在0.07～0.1MPa的條件下進行減壓蒸餾，排除溶液中的小分子物質，至粘度為2000~7000mPa?s，得到中空玻璃微珠改性的甲階酚醛樹脂；

步驟3、制備中空玻璃微珠增強的酚醛泡沫復合材料的工藝流程：

將步驟2中合成的中空玻璃微珠改性甲階酚醛樹脂按照配方設計與表面活性劑、發泡劑、納米形核劑在室溫下充分攪拌，使之混合均勻；向該混合體系中慢慢加入酸性固化劑，強力攪拌混合均勻后，迅速倒入已經準備好的發泡模具中，并置于80℃~110℃，0~10MPa壓力的平板硫化機中20~40min進行發泡，制得中空玻璃微珠增強的酚醛泡沫。

上述中空玻璃微珠增強酚醛泡沫的機理：

隨著中空玻璃微珠加入量的增加，其所占的體積比例增大，反應過程中產生的氣體所占的體積比例相應減少，泡沫的強度必然增大，在發泡過程中溶于樹脂基體中的氣體濃度增加，使核化形成的氣泡密度增大，最終形成的氣泡孔徑減小。由于中空玻璃微珠的粒徑較小，當被引入到酚醛樹脂基體后，核化過程中，在一定程度上起到了成核劑的作用，增加了氣泡濃度，致使氣泡孔徑減小，使得泡沫的強度增大，提高尺寸的穩定性。

本發明所述的中空玻璃微珠為堿石灰硼硅酸鹽玻璃，呈中空密閉的正球形，粒徑在15～135微米之間，表觀密度在0.12～0.30g/cm³之間。

本發明所述的納米形核劑為納米碳酸鈣、納米硅藻土、納米滑石粉、納米蒙脫土、納米二氧化硅中的一種。不同于常規形核劑，由于納米級材料的特殊效應，顯著改善了酚醛樹脂的流變性能和結晶行為，具體表現為1、提高了酚醛樹脂的粘度，從而提高了泡沫材料的閉孔率；2、引發了大量泡孔的形成；3、抑制了泡孔的長大。形成了均勻、細密、穩定的泡孔結構和泡孔尺寸。