[发明专利]硅烷化纳米二氧化硅改性木质素基酚醛树脂及其制备方法和应用

说明书

硅烷化纳米二氧化硅改性木质素基酚醛树脂及其制备方法和应用，按比例以重量份计，先将100份有机酚类液化，将1‑9份硅烷化纳米SiO₂，15‑20份木质素、2‑4份碱性催化剂混合于反应容器中，60℃，500r/min条件下维持搅拌30分钟，再按每次8份分三批加入多聚甲醛，80℃反应1‑2h，加入10‑20份尿素，即可得到增韧改性酚醛树脂。利用本发明改性树脂制备的泡沫材料提高了酚醛泡沫的耐热性和物理机械性能，加入纳米SiO₂提高了有机酚的反应活性，降低了反应温度。

技术领域

本发明属于合成高分子材料的范畴，具体涉及一种硅烷化纳米二氧化硅改性木质素基酚醛树脂及其制备方法和应用。本发明制备的增韧增强型酚醛泡沫保温材料可用于建筑外墙保温、通风管道、石油加工管道、电器、仪表等行业的隔热保温。

背景技术

世界各国对环境保护的日益重视，对绿色阻燃材料的制造和应用提出了更高更苛刻的要求，从而无卤化阻燃材料应运而生。过去十年，我国高层建筑火灾事故频发，影响巨大，教训深刻。由于聚苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯等泡沫塑料导热系数低、重量轻、施工方便，在建筑外墙隔热保温、通风管道、石油化工管道保温等领域得到广泛应用。但目前应用广泛的几种泡沫材料存在易燃、发烟量大、毒性高、耐热温度低等特点，使其应用大大受到限制。伦敦高层大火警示中国。酚醛泡沫塑料是第三代防火保温隔热材料，有“保温材料之王”的美誉。酚醛树脂是被人类最早合成的一种树脂，由于其具有优良的耐热性、良好的阻燃性、卓越的粘附性和独特的抗烧蚀性等突出的优良特点，在建筑材料、石油化工设备和管道保温材料、交通运输工具的结构和装饰材料等方面具有广阔的应用前景。大多的酚醛泡沫板存在泡沫泡孔不均匀，泡沫体韧性、强度低，易掉渣等问题。因此如何改性酚醛树脂，提高其相关性能，成为保温材料领域研究的热点。

酚醛树脂的阻燃性是众多常见聚合物材料中最好的，用酚醛树脂作为阻燃材料的基体，可以大大提高材料的阻燃性能。生物基酚醛树脂已经引起了全世界的高度关注。生物质化学品的替代不仅能减少苯酚的使用和环境污染，同时能够提高其性能。木质素分子中存在大量醛基和酚类结构单元，其苯环结构上未被取代的活泼氢，可与甲醛发生羟甲基化及缩聚反应，因此可以部分替代苯酚，制备木质素基酚醛树脂。当由改性酚醛树脂制成的苯酚由木质素磺酸盐代替50％时，几乎没有粉化，并且游离苯酚和游离甲醛含量显着降低，木质素基酚醛泡沫的热稳定和机械性能较普通酚醛泡沫有显著提高。

SiO₂/酚醛树脂纳米复合材料具有稳定性高、结构均一和较好的机械性能，修饰后的二氧化硅颗粒作为添加剂添加到橡胶、塑料等材料中，能有效地提高复合基体的拉伸强度、耐磨性、流变性、抗老化等性能；通过六甲基二硅氮烷对二氧化硅气凝胶进行硅烷化疏水处理，减少了胶粒表面的-OH，使亲水性二氧化硅凝胶转变成疏水性凝胶，极大地提高了相应二氧化硅气凝胶在空气中的稳定性。

发明内容

解决的技术问题：本发明提供一种硅烷化纳米二氧化硅改性木质素基酚醛树脂及其制备方法和应用，专门用于建筑保温材料，通过添加了纳米级的SiO₂，对酚醛泡沫进行改性，降低树脂粘性，使得各原料混合性能提高，简化了生产工艺，提高了生产效率。本发明制备方法简单可控，制备的酚醛泡沫具有泡孔均匀、强度高、韧性好、掉渣率低、成本低等特点。解决了酚醛泡沫易掉渣、质脆、强度低、韧性差等缺点，同时又提高了酚醛泡沫的耐热性和阻燃性。

技术方案：硅烷化纳米二氧化硅改性木质素基酚醛树脂的制备方法，步骤为：按比例以重量份计，先将100份有机酚类物质液化，将1-9份硅烷化纳米SiO₂，15-20份木质素、2-4份碱性催化剂混合于反应容器中，55-60℃，400-500r/min条件下维持搅拌30分钟，再按每次8份分三批加入多聚甲醛，80℃反应1-2h，加入10-20份尿素，即可得到增韧改性酚醛树脂。

上述有机酚类物质为苯酚，或木质素、腰果酚、香草醛、间苯二酚、间甲酚中的任意一种与苯酚的混合物。

上述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钡或氢氧化钙。