CN101302325A - 一种耐高温酚醛泡沫的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温酚醛泡沫的制备方法，a.采用硅酸盐为催化剂，苯酚∶催化剂的摩尔比为1∶(0.05～2.00)，硅酸盐作甲阶酚醛树脂合成催化剂的同时硅离子与羟甲基发生反应形成含有结构式为(I)的甲阶酚醛树脂，在改性甲阶酚醛树脂制备的后期通过加入钼化合物与甲阶酚醛树脂反应形成含有结构式为(II)的甲阶酚醛树脂；b.将改性的甲阶酚醛树脂、表面活性剂、发泡剂和固化剂，以及相对于改性甲阶酚醛树脂用量0.5～15％的无机短纤维，混合，高速搅拌，注入模具，于60～100℃下固化30～120min得产品。本发明研制的耐高温酚醛泡沫可在250℃高温条件下长期使用。

Description

一种耐高温酚醛泡沫的制备方法

技术领域

本发明涉及一种对甲阶酚醛树脂进行改性的方法，更具体的说是涉及一种耐高温酚醛泡沫的制备方法。

背景技术

能源问题是当前世界各国普遍重视的问题，并被列为人类面临的四大生存问题之一。在全世界能源消耗中，由于建筑能耗的比例甚高(一般在20～40％)，故世界各国又都将建筑节能列为节能工作的重点。统计表明，建筑中每使用1吨保温材料，每年可节约1吨燃油。工业保温中每使用1立方米保温材料，每年可节约标准煤3吨左右。八十年代科学家发现酚醛树脂及其制品具有突出的难燃性，低烟，低毒性能(即FST特性)，酚醛泡沫制品还具有优异的节能保温作用。因此，九十年代以来包括酚醛泡沫在内的酚醛复合材料得到很大发展，被应用于航天航空，国防军工领域，及民用飞机，船舶，车站，油井等防火要求严格的场所，并逐步推广到民用建筑，厂房，仓库，医院，学校，展览中心，体育设施，活动房屋等领域。

制备酚醛泡沫通常使用甲阶酚醛树脂为主要原料，其公知并普遍使用的技术为：甲阶酚醛树脂、表面活性剂(如吐温-80)、发泡剂(如戊烷)、固化剂(各种无机酸或有机酸)，高速搅拌，注入模具，于60～100℃下、固化30～120min得产品。酚醛泡沫由于导热系数低(0.018～0.032W/mk)，相比传统的保温材料如矿棉、岩棉、玻璃棉等(0.034～0.043W/mk)，其节能保温性能提高近一倍，与聚氨酯(PU)泡沫相当，优于聚苯乙烯(PS)泡沫，节能保温性能居于所有保温材料之首。同时PU、PS泡沫易燃，作为保温建材很不安全，近年来在市场应用上受到很大限制。

虽然酚醛泡沫具有优异的保温性，但其温度使用范围一般在-190～+150℃之间，冷保温性优于热保温性。如使用温度超过150℃，则会发生严重的开裂和热分解现象，失去保温作用。目前在耐高温保温方面普遍使用无机保温材料，虽然它们能耐几百度高温，但无机保温材料具有质重、导热系数高，保温效果远不如酚醛泡沫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改进的耐高温酚醛泡沫的制备方法，该方法可制备出能在250℃高温条件下长期使用的耐高温酚醛泡沫保温材料，该耐高温酚醛泡沫可广泛应用于-190～+250℃的保温场所，大大扩展了酚醛泡沫保温材料热保温的使用面。

本发明采用的技术方案：一种耐高温酚醛泡沫的制备方法，包括下列步骤：

a.改性甲阶酚醛树脂制备：

采用硅酸盐为催化剂，苯酚∶催化剂的摩尔比为1∶(0.05～2.00)，硅酸盐作甲阶酚醛树脂合成催化剂的同时硅离子与羟甲基发生反应形成含有结构式(I)的甲阶酚醛树脂，在改性甲阶酚醛树脂制备的后期通过加入钼化合物与甲阶酚醛树脂反应形成含有结构式为(II)的甲阶酚醛树脂，合成的改性甲阶酚醛树脂含有Si-O键和Mo-O键；

b.制备酚醛泡沫：

将改性的甲阶酚醛树脂、表面活性剂、发泡剂和固化剂，以及相对于改性甲阶酚醛树脂用量0.5～15％的无机短纤维，混合，高速搅拌，注入模具，于60～100℃下固化30～120min得产品。

本发明的有益效果：本发明通过对酚醛树脂进行改性，并在发泡阶段添加一定量的无机短纤维，成功研制出可在250℃高温条件下长期使用的耐高温酚醛泡沫保温材料，大大扩展了酚醛泡沫保温材料热保温的使用范围。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步详细描述，本发明内容由以下两部分组成：a.改性甲阶酚醛树脂制备：酚醛泡沫不耐高温的主要原因是酚醛树脂是通过C-C键连接苯环，键能较低，同时其酚羟基极易被氧化，因此在高温条件下易开裂和分解。本发明的第一个重要技术措施是在甲阶酚醛树脂中引入键能较高的Si-O键和Mo-O键。目前甲阶酚醛树脂合成所用的催化剂为氢氧化钠、氢氧化铵、氢氧化钡、氢氧化钙等。在合成的后期用硫酸、盐酸、磷酸、乙酸等调节pH值。本发明采用硅酸钠、硅酸钾、硅溶胶等硅酸盐为催化剂，用量为：苯酚∶催化剂＝1∶0.05～2.00(摩尔比)。其目的是在硅酸盐作甲阶酚醛树脂合成催化剂的同时，硅离子与羟甲基发生反应形成如结构(I)。

改性甲阶酚醛树脂合成的后期，通过加入钼化合物与甲阶酚醛树脂反应形成含有结构式为(II)的甲阶酚醛树脂。由于在主链结构中引入了热稳定性更好的Si-O键、Mo-O键，有利于酚醛泡沫耐高温性能的提高。本发明所用的钼化合物包括：钼酸、钼酸钠、钼酸铵、钼粉等。钼化合物相对于催化剂的用量为：催化剂∶钼化合物＝1∶0.50～5.00(摩尔比)。

b.发泡配方的改进：

目前公知的酚醛泡沫制备配方和技术为：甲阶酚醛树脂、表面活性剂(如吐温-80)、发泡剂(如戊烷)、固化剂(酸)，高速搅拌，注入模具，于60～100℃下、固化30～120min得产品。本发明采用以上经改性的甲阶酚醛树脂，并在配方中添加相对于改性甲阶酚醛树脂用量0.5～15％的无机短纤维。所用的无机短纤维包括：陶瓷短纤维、玻璃短纤维等。添加无机短纤维的目的是解决酚醛泡沫在高温状态下的开裂问题，有利于提高酚醛泡沫的耐高温性能和在高温状态下的保温效果。

实施例1

在250ml三口烧瓶中依次加入：蒸馏水20克、苯酚94.1克、多聚甲醛40.6克、硅酸钠85.2克，水浴加热并搅拌，在80～85℃保持反应3小时，停止加热，冷至室温，加入钼酸90克，搅拌反应1小时，得改性甲阶酚醛树脂。将65克改性甲阶酚醛树脂、3.5克吐温-80、6克陶瓷短纤维、6.5克戊烷、9克65％对甲苯磺酸依次加入混合锅，高速搅拌30秒，快速倒入1000cm³的模具内，合上模具，于75℃下发泡固化1小时，冷却，脱模，得密度为83kg/m³左右的耐高温酚醛泡沫。

实施例1产品的主要性能指标为：

表观密度        40～200        kg/m³(GB6343)

导热系数        0.025～0.06    w/mk (GB10294)

燃烧性能        难燃B1级            (GB8625)

压缩强度        ≥0.10         Mpa  (GB8813)

最高使用温度    250            ℃   (GB17430)

实施例2

在250ml三口烧瓶中依次加入：蒸馏水20克、苯酚94.1克、多聚甲醛40.6克、硅酸钾31.6克，水浴加热并搅拌，在80～85℃保持反应3小时，停止加热，冷至室温，加入乙酸20克和29克钼粉，搅拌反应1小时，得改性甲阶酚醛树脂。将130克改性甲阶酚醛树脂、7克吐温-80、6克玻璃短纤维、13克戊烷、18克65％对甲苯磺酸依次加入混合锅，高速搅拌30秒，快速倒入1000cm³的模具内，合上模具，于75℃下发泡固化1小时，冷却，脱模，得密度为160kg/m³左右的耐高温酚醛泡沫。

实施例3

在250ml三口烧瓶中依次加入：苯酚94.1克、多聚甲醛40.6克、硅溶胶90克，水浴加热并搅拌，在80～85℃保持反应3小时，停止加热，冷至室温，加入乙酸30克和70克钼酸钠，搅拌反应1小时，得改性甲阶酚醛树脂。将32.5克改性甲阶酚醛树脂、1.8克吐温-80、4克陶瓷短纤维、3.2克戊烷、4.5克65％对甲苯磺酸依次加入混合锅，高速搅拌30秒，快速倒入1000cm³的模具内，合上模具，于75℃下发泡固化1小时，冷却，脱模，得密度为43kg/m³左右的耐高温酚醛泡沫。

以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种耐高温酚醛泡沫的制备方法，包括下列步骤：

a.改性甲阶酚醛树脂制备：

采用硅酸盐为催化剂，苯酚∶催化剂的摩尔比为1∶(0.05～2.00)，硅酸盐作甲阶酚醛树脂合成催化剂的同时硅离子与羟甲基发生反应形成含有结构式(I)的甲阶酚醛树脂，在改性甲阶酚醛树脂制备的后期通过加入钼化合物与甲阶酚醛树脂反应形成含有结构式为(II)的甲阶酚醛树脂，合成的改性甲阶酚醛树脂含有Si-O键和Mo-O键；

b.制备酚醛泡沫：

将改性的甲阶酚醛树脂、表面活性剂、发泡剂和固化剂，以及相对于改性甲阶酚醛树脂用量0.5～15％的无机短纤维，混合，高速搅拌，注入模具，于60～100℃下固化30～120min得产品。