[发明专利]一种中空玻璃微珠增强的酚醛泡沫复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于发泡材料领域，具体涉及一种中空玻璃微珠增强的酚醛泡沫复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着社会的飞速发展，高层建筑日益增多，这也导致了高层建筑火灾事件频频发生，这对人民的生命和财产安全造成了巨大的威胁，显然，聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等市场上常见的传统保温隔热泡沫材料由于易燃、发烟量大，而且泡沫在燃烧时会产生有毒气体等缺点，已然不能满足社会发展的需要。而酚醛泡沫因其具有其它泡沫塑料无法比拟的优势，已经成为泡沫塑料中发展最快的品种之一。

酚醛泡沫是由酚醛树脂通过发泡而制得的一种泡沫塑料。与聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等市场上常见的传统保温隔热泡沫材料相比，它具有阻燃性好、耐火焰穿透性强、遇火无洒落物、低烟、低毒、低导热系数、抗腐蚀、抗老化、吸音、吸湿等诸多优点，特别是在阻燃、隔热方面具有特殊的优良性能，是电器、建筑、运输、军工、采矿、石油化工、航空航天、船舶等行业较为理想的绝缘隔热保温材料，因此它在国内外研究和开发都相当活跃，应用领域不断扩展，消费量也逐年上升，具有十分广阔的市场前景。

但是，传统的酚醛泡沫存在性脆、易碎、本身强度低等缺点，这就使得传统的酚醛泡沫在使用上受到了很大的限制。在酚醛树脂改性方面，虽然国内外已经很多研究工作，但大多都集中在酚醛树脂的增韧上，对酚醛泡沫的强度提高不明显。

发明内容

为改善酚醛泡沫的性能，尤其是改善其强度的不足，本发明提供了一种中空玻璃微珠增强的酚醛泡沫复合材料的制备方法，该方法制备的泡沫复合材料能有效地提高酚醛泡沫的压缩强度、弯曲强度、冲击强度；改善了酚醛泡沫的泡孔结构，降低了泡孔尺寸，使泡孔更加均匀；并且还不会降低酚醛泡沫的抗燃烧性能。

本发明的一种中空玻璃微珠增强的酚醛泡沫复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、原料配方配置如下：

苯酚与甲醛的摩尔比为1:1.5～2.5，中空玻璃微珠用量以理论合成酚醛质量的5～25%加入，苯酚与碱性催化剂的摩尔比为1:0.01～0.1；当改性树脂质量为100份时，加入的表面活性剂质量为2～8份，发泡剂的质量为5～20份，纳米形核剂的质量为1～3份，酸性固化剂的质量为2～10份；

步骤2、制备中空玻璃微珠改性甲阶酚醛树脂的工艺流程：

将加热熔融的苯酚、浓度为37%的甲醛溶液、中空玻璃微珠和碱性催化剂按照设计配比，在20～50℃依次加入到三口烧瓶中，高速搅拌使之混合均匀，并继续升温至60～70℃，维持反应温度1~2h，继续升温至90～95℃，保持在该温度下反应1~3h停止反应，迅速冷却至室温，用酸将反应体系的PH值调节至6.5～7.5；最后在温度为50℃~70℃、真空度维持在0.07～0.1MPa的条件下进行减压蒸馏，排除溶液中的小分子物质，至粘度为2000~7000mPa?s，得到中空玻璃微珠改性的甲阶酚醛树脂；

步骤3、制备中空玻璃微珠增强的酚醛泡沫复合材料的工艺流程：

将步骤2中合成的中空玻璃微珠改性甲阶酚醛树脂按照配方设计与表面活性剂、发泡剂、纳米形核剂在室温下充分搅拌，使之混合均匀；向该混合体系中慢慢加入酸性固化剂，强力搅拌混合均匀后，迅速倒入已经准备好的发泡模具中，并置于80℃~110℃，0~10MPa压力的平板硫化机中20~40min进行发泡，制得中空玻璃微珠增强的酚醛泡沫。

上述中空玻璃微珠增强酚醛泡沫的机理：

随着中空玻璃微珠加入量的增加，其所占的体积比例增大，反应过程中产生的气体所占的体积比例相应减少，泡沫的强度必然增大，在发泡过程中溶于树脂基体中的气体浓度增加，使核化形成的气泡密度增大，最终形成的气泡孔径减小。由于中空玻璃微珠的粒径较小，当被引入到酚醛树脂基体后，核化过程中，在一定程度上起到了成核剂的作用，增加了气泡浓度，致使气泡孔径减小，使得泡沫的强度增大，提高尺寸的稳定性。

本发明所述的中空玻璃微珠为碱石灰硼硅酸盐玻璃，呈中空密闭的正球形，粒径在15～135微米之间，表观密度在0.12～0.30g/cm³之间。

本发明所述的纳米形核剂为纳米碳酸钙、纳米硅藻土、纳米滑石粉、纳米蒙脱土、纳米二氧化硅中的一种。不同于常规形核剂，由于纳米级材料的特殊效应，显著改善了酚醛树脂的流变性能和结晶行为，具体表现为1、提高了酚醛树脂的粘度，从而提高了泡沫材料的闭孔率；2、引发了大量泡孔的形成；3、抑制了泡孔的长大。形成了均匀、细密、稳定的泡孔结构和泡孔尺寸。