強(qiáng)韌化改性脲醛樹脂泡沫保溫材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于泡沫保溫材料領(lǐng)域;具體涉及強(qiáng)韌化改性脲醛樹脂泡沫保溫材料及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在建筑保溫材料領(lǐng)域，使用較多的材料可分為無機(jī)保溫材料和有機(jī)保溫材 料。其中無機(jī)保溫材料具有阻燃、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良的特性，但其導(dǎo)熱系數(shù)大;而有機(jī)保 溫材料具有質(zhì)輕、導(dǎo)熱系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)，但易燃。因而，需要開發(fā)綜合性能優(yōu)異的新型保溫材 料。
[0003] 脲醛樹脂是一種水溶性樹脂，大多作為膠黏劑應(yīng)用在木材工業(yè)中，少量制造成熱 固型塑料制品，其成本低廉、生產(chǎn)簡(jiǎn)易，在防火領(lǐng)域中也有廣闊的應(yīng)用。脲醛樹脂本身不燃， 由其制備而成的脲醛樹脂泡沫保溫材料具有質(zhì)輕、導(dǎo)熱系數(shù)小和優(yōu)異的阻燃性，綜合了市 場(chǎng)上廣泛使用的保溫材料的優(yōu)點(diǎn)。脲醛樹脂泡沫材料屬于一種熱固性多孔材料，其在燃燒 過程中不產(chǎn)生融滴，且其煙釋放量較其他有機(jī)保溫材料少，火災(zāi)危險(xiǎn)系數(shù)小，因而在建筑保 溫領(lǐng)域有較好的發(fā)展前景。
[0004] 但是由于脲醛樹脂固化后，其分子內(nèi)部發(fā)生交聯(lián)，轉(zhuǎn)變?yōu)槿S網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，使得脲 醛樹脂泡沫強(qiáng)度小、脆性大，表現(xiàn)為掉渣現(xiàn)象較為嚴(yán)重。這種缺陷嚴(yán)重限制了脲醛樹脂泡沫 材料的應(yīng)用，因此改善脲醛樹脂泡沫材料的脆性迫在眉睫。近年，對(duì)新型脲醛樹脂泡沫材料 的制備方法以及其強(qiáng)韌化手段已經(jīng)受到人們廣泛的關(guān)注，但對(duì)脲醛樹脂泡沫材料改性的報(bào) 道較少，且大多是利用無機(jī)材料作為發(fā)泡骨架而脲醛樹脂作為填充劑的方法進(jìn)行改性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要解決現(xiàn)有脲醛樹脂泡沫因脆性大、易掉渣、強(qiáng)度較低而限制了其作為 建筑保溫材料使用的技術(shù)問題，提供了強(qiáng)韌化改性脲醛樹脂泡沫保溫材料及其制備方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的強(qiáng)韌化改性脲醛樹脂泡沫保溫材料按重量百分比 是由下述原料制成的：
[0007] 脲醛樹脂：80%~97%;發(fā)泡劑：0.1%~3%;表面活性劑：0.5%~4% ;增稠劑： 0.1 %~1.0%;固化劑:0.1 %~1.5%;改性劑:0.1 %~10%。
[0008] 所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、失水山 梨醇酯中的一種或其中幾種的組合(表面活性劑為組合物時(shí)，各種表面活性劑之間按任意 比混合）。
[0009] 增稠劑為纖維素醚和/或聚丙烯酸鹽，（增稠劑為組合物時(shí)，纖維素醚與聚丙烯酸 鹽表面活性劑之間按任意比混合）。
[0010]所述發(fā)泡劑為沸點(diǎn)為(35~70) °C的烷烴;如正已烷或正戊烷。
[0011]所述改性劑為無機(jī)纖維、納米粒子或柔性樹脂;無機(jī)纖維為玻璃纖維和/或玄武巖 纖維(組合時(shí)，按任意比混合）；納米粒子為納米二氧化娃、納米二氧化鈦或納米碳酸1丐;或 柔性樹脂為聚氨酯、聚醋酸乙烯酯或聚乙烯醇縮醛樹脂。
[0012] 所述固化劑為磷酸鹽、羧酸、檸檬酸中的一種或其中幾種的組合(固化劑為組合物 時(shí)，各種固化劑之間按任意比混合）。
[0013] 所述脲醛樹脂的制備方法如下：
[0014] 步驟1、按質(zhì)量百分比分別稱取63.7%質(zhì)量百分比濃度為37%的甲醛溶液和 36.3 %的尿素，另外再稱取占尿素質(zhì)量0 %~6 %的改性劑，占尿素質(zhì)量1 %的氨水，改性劑 為聚乙烯醇、三聚氰胺、苯酚中的一種或其中幾種的混合，氨水的質(zhì)量百分比濃度為25%;
[0015] 步驟2、將步驟1稱取的甲醛溶液加入反應(yīng)釜中，攪拌加入質(zhì)量百分比濃度為30% 的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值至8.4~8.6，加入步驟1稱取的氨水、尿素和改性劑，改性 劑用量占步驟1稱取改性劑總質(zhì)量的50~100%，尿素是占步驟1稱取尿素總質(zhì)量的66%，之 后升溫至80°C，用質(zhì)量百分比濃度30 %的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值至6.5~7.3，并在 80°C、pH值在6 · 5~7 · 3條件下保溫30min;
[0016] 步驟3、隨后用甲酸水溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值至4.7~5.2,然后升溫至93°C，保溫 至用涂-4杯測(cè)粘度為17.5~18.5s(30°C)為止;之后用質(zhì)量百分比濃度30%的氫氧化鈉溶 液調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值至5.3~5.6，同時(shí)快速降溫至78°C，并加入改性劑和尿素，改性劑的用 量占步驟1稱取改性劑總質(zhì)量的〇%~50%，尿素的用量占步驟1稱取尿素總質(zhì)量的17.6 %， 并在75°C條件下保溫30min;
[0017]步驟4、然后用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值至7.0~7.5，并加入余量的改性劑 和余量的尿素，在80°C條件下反應(yīng)lOmin，最后用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值至7.5~ 8.5，降溫至40°C以下出料，得到脲醛樹脂；
[0018] 其中，步驟3中甲酸水溶液是甲酸與水按1:1的體積比配制的。
[0019] 采用本方法合成的脲醛樹脂，其粘度(涂-4法)為19~25s;固含量:49~51 % ;固化 時(shí)間：60~90s。
[0020] 本發(fā)明中強(qiáng)韌化改性脲醛樹脂泡沫保溫材料的制備方法是按下述步驟進(jìn)行的：
[0021] 步驟a、將脲醛樹脂、發(fā)泡劑、表面活性劑在室溫條件下，以300~400r/min速度攪 拌至均勾(攪拌耗時(shí)3~5min)，之后加入非反應(yīng)型改性劑，繼續(xù)攪拌3~5min，之后加入增稠 劑，再在攪拌速度為1400~1600r/min的條件下攪拌10~15min;加入固化劑，繼續(xù)攪拌5min ~lOmin，制得泡沫乳狀液，
[0022]或者將脲醛樹脂、發(fā)泡劑、表面活性劑在室溫條件下，以300~400r/min速度攪拌 至均勾(攪拌耗時(shí)3~5min)，之后加入增稠劑，再在攪拌速度為1400~1600r/min的條件下 攪拌10~15min;依次加入固化劑和反應(yīng)型的改性劑，繼續(xù)攪拌5min~lOmin，制得泡沫乳狀 液；
[0023]步驟b、將步驟a制得的泡沫乳狀液倒入溫度為75°C~85°C的玻璃模具中，并將玻 璃模具置于78°C~85°C的烘箱中自由發(fā)泡，待發(fā)泡結(jié)束后，脫模取出，既可制成改性的脲醛 樹脂泡沫保溫材料。
[0024]采用本發(fā)明公開的方法，成功的降低了脲醛樹脂泡沫材料的粉化率，提高了脲醛 樹脂泡沫保溫材料的壓縮強(qiáng)度，并且保持脲醛樹脂泡沫材料原有的保溫、難燃等優(yōu)良性能。 [0025]本發(fā)明具有以下有益效果：
[0026] (1)本發(fā)明制備的脲醛樹脂泡沫保溫材料工藝簡(jiǎn)單、成本低廉。
[0027] (2)本發(fā)明采用耐酸堿、表面光滑的玻璃作為發(fā)泡模具，容易、成本低廉、可循環(huán)利 用。
[0028] (3)本發(fā)明產(chǎn)品提高了脲醛樹脂泡沫材料的強(qiáng)度及韌性，且導(dǎo)熱系數(shù)較低，在23°C 條件下，導(dǎo)熱系數(shù)在〇.028~0.043W/(m · k)之間，屬于高效保溫材料。
[0029] (4)本發(fā)明產(chǎn)品阻燃性能好，氧指數(shù)>30%，屬于難燃保溫材料。
[0030] (5)本產(chǎn)品改性前后性能對(duì)比如下：
[0031]
[0032]
[0033] 本發(fā)明制備的聚氨酯泡沫材料在燃燒過程中的熱釋放速率曲線和比消光面積曲 線分別如圖2和3所示，與未經(jīng)改性的脲醛樹脂泡沫材料對(duì)比，可以明顯的看出脲醛樹脂泡 沫材料的熱釋放速率峰值較聚氨酯泡沫材料的峰值小，比消光面積相對(duì)于聚氨酯泡沫材料 的近乎為〇，因而脲醛樹脂泡沫材料火災(zāi)危險(xiǎn)性小。
【附圖說明】
[0034]圖1為脲醛樹脂泡沫材料的掃描顯微鏡圖；
[0035] 圖2為脲醛樹脂泡沫保溫材料與聚氨酯泡沫材料在燃燒時(shí)的熱釋放速率曲線；
[0036] 圖3為脲醛樹脂泡沫保溫材料與聚氨酯泡沫材料在燃燒時(shí)的比消光面積曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方 案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技