專利名稱：高吸水聚乙烯醇發泡體及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種泡沫塑料及其加工方法，確切地說是一種高吸水聚乙烯醇發泡體及其制備方法。
背景技術：
泡沫塑料是含有大量氣泡的塑料，可視為以氣體作填料的復合材料。泡沫塑料種類繁多，有聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、脲甲醛、酚醛、環氧、有機硅等熱塑性或熱固性泡沫塑料。由于其具有容重輕、導熱系數小且隔音、隔熱等諸多優點，所以在工業、農業、軍事、日用品、辦公用品等許多領域得到了廣泛的應用，巨大的市場推動泡沫塑料工業迅速發展已成為現代塑料工業中的一個重要分支。
聚乙烯醇泡沫塑料其性能除了質輕、比強度高、導熱系數小等以外，還具有優異的吸水性，吸水后質地柔軟且有較好的濕強度和濕彈性以及耐熱、耐磨性，因此可用于污水處理、過濾材料、隔音和隔熱材料、擦拭布、合成海綿、清潔唱片、化妝美容、按摩保健等材料。“PVA膠棉”衛生用具就是聚乙烯醇泡沫制品。
聚乙烯醇(PVA)泡沫塑料(發泡體)的制備方法通常是在PVA中加入成孔劑、發泡劑等在酸催化劑作用下進行縮醛化反應，以甲醛為例 聚乙烯醇發泡體就是PVA按上述物理化學反應式所得到的如通式I所示的化合物。實際工藝中縮醛化和發泡是在模具中同時完成的(固化成型)。PVA的聚合度習慣表示為PVA-1500，即聚合度為1500的聚乙烯醇。
所述的成孔劑多為淀粉、糊精等，發泡劑有物理無機系、有機系發泡劑和化學無機系、有機系發泡劑。物理無機系有空氣、N2、CO2等，物理有機系有脂肪烴、鹵代烴等，化學無機和有機發泡劑是指遇酸反應或受熱分解產生氣體的化合物(《發泡劑的類型及加工特性》《現代塑料加工應用》1996年、第3期p37～42)。
CN1095075A公開了一種高吸水泡沫塑料，由PVA與適量淀粉分別加熱溶解后混合，再加入醛、表面活性劑聚乙二醇、Span-60、Tween-80等、催化劑(硫酸)、有機硅消泡劑攪拌均勻后倒入模具中，于40～80℃條件下反應固化8～50小時，吸水倍數7.7～8.5倍。CN1216581A公開的PVA泡沫塑料，用PVA-1500、淀粉混合后加入醛和硫酸攪拌均勻，于60℃反應固化18小時。
國內一些期刊雜志也都報導了PVA泡沫塑料的研制情況。在已公開的技術中，大都使用聚合度＜1800的完全醇解或不完全醇解的聚乙烯醇為原料，同醛、催化劑硫酸、表面活性劑以及成孔劑或發泡劑混合于一定的溫度下固化成型，發泡體最大吸水倍數為8倍(《江蘇化工》、1992年第3期、《塑料技術》、1995年第3期、《福建化工》、1996年第2期、《北京服裝學院學報》、1997年第1期等)。
《機械發泡法制備PVF泡沫塑料的穩定性研究》一文對發泡時泡沫的穩定性與產品質量的關系進行了探討。認為溶液的粘度對泡沫的穩定性有很大影響，當溶液的粘度足夠大時，才能保證氣泡膜有足夠的強度，使氣泡在一定的溫度和時間內保持原孔徑大小和膜厚，最終得到結構較好的產物。為此用添加增稠劑的方法提高體系的粘度以提高泡沫的穩定性(《北京服裝學院學報》、1997年第2期p7～11p10倒5～8行)。
發明內容
PVA的粘度與其聚合度正相關。本發明所稱的發泡體亦是通式I所示的化合物的連續開孔發泡體，其特征是以聚合度為2000～3200的高粘度的PVA為原料制備的發泡體，縮醛化度60～70％，吸水倍數8.6～32倍，容重30～105Kg/M3。
本發泡體的制備方法包括PVA熱溶解、縮醛化和發泡以及酸、醛廢水的回收利用，其特征是用聚合度為2000～3200的完全醇解或不完全醇解的PVA為原料，在酸、甲醛和發泡劑存在條件下于40～60℃時反應固化4～8小時。
所述的酸為硫酸或鹽酸，其用量(純量)為物料總水量的2～25％(重量百分比，下同)。優選硫酸，其用量(純量)為物料總水量的3～20％。
甲醛的用量(純量)為物料總水量的1.5～12％。優選2～10％。縮醛化度低，產品柔軟但無彈性，縮醛化度高，產品發硬，彈性低且收縮變形，縮醛化度為60～70％為宜。
所述的發泡劑為無機化學發泡劑Na2CO3、(NH4)2CO3、NaHCO3、NH4HCO3、NH4NO2、輕金屬(Mg、Al、Zn)粉末中的一種或兩種以上混合發泡劑，其用量與原料PVA的摩爾比為0.01～0.5∶1(PVA按鏈節分子量44計算)。優選Na2CO3或/和(NH4)2CO3或/和Zn粉，其用量與原料PVA的摩爾比為0.02～0.4∶1。發泡劑用量少，則形成閉孔結構吸水性差，用量多則氣泡大小不均勻，強度差。
除發泡劑外，還可以加入成孔劑淀粉或糊精，加入量為原料聚乙烯醇重量的10～90％。
當本發泡體用于污水處理時，為提高吸附效果，還可加入活性炭或煤粉等炭素材料。試驗證明，炭素材料的細度影響發泡體的透氣性，當細度≥100目時，效果好，加入量為原料PVA重量的10～90％。炭素材料還具有光屏敝作用，提高制品的耐光性。
本制備過程中產生的酸、醛廢水能100％地回收利用，消除了對環境水源的污染。
本發明由于選擇了高粘度的PVA為原料，不加表面活性劑和/或增稠劑，只要PVA、酸、甲醛和發泡劑的配比得當，也能制備得到吸水倍數高，容重輕的高質量的發泡體。本發泡體除了具有泡沫塑料固有的質輕、比強度高、導熱系數小等性能外，還具有高吸水性、吸水后質地柔軟且有較好的濕強度和濕彈性以及耐熱、耐磨、耐腐蝕等優點。可在廢水處理，過濾材料，日用品、包裝、建筑等諸多領域廣泛應用。
具體實施例方式
非限定實施例敘述如下1、取PVA-2000100Kg投入1000Kg、70～90℃熱水中攪拌溶解得到PVA溶液，當PVA溶液溫度降至60℃時加入50％的H2SO460Kg，35％的甲醛57Kg、Na2CO44.8Kg，攪拌均勻后壓入模具內50℃時靜置發泡8小時，取出生成物，水洗，得到發泡體。縮醛化度60％，吸水倍數22倍，容重45Kg/M3。
2、取PVA-2500100Kg，水900Kg，50％H2SO4200Kg，35％甲醛160Kg，NH4HCO39.0Kg，操作同實施例1，55℃靜置5小時。縮醛化度70％，吸水倍數15倍，容重62.5Kg/M3。
3、取PVA-3200100Kg，水1100Kg，50％H2SO4160Kg，35％甲醛110Kg，Na2CO34Kg、Mg粉1.5Kg，120目活性炭10Kg，操作同實施例1。60℃靜止發泡6小時。縮醛化度65％，吸水倍30倍，容重32Kg/M3。
權利要求
1.一種高吸水聚乙烯醇發泡體，為通式 所示化合物的連續開孔發泡體，其特征在于聚乙烯醇的聚合度2000～3200；縮醛化度60～70％，吸水倍數8.6～32倍；容重30～105Kg/M3。
2.根據權利要求1所述的發泡體，其特征在于發泡體吸水倍數為9～25倍。
3.一種高吸水聚乙烯醇發泡體的制備方法，包括聚乙烯醇熱溶解、縮醛化和發泡以及酸、醛廢水的回收利用，其特征在于用聚合度為2000～3200的完全醇解或不完全醇解的高粘度聚乙烯醇為原料，在酸、甲醛和發泡劑存在條件下于40～60℃時反應固化4～6小時；所述的酸為硫酸或鹽酸，其用量為物料總水量的2～25％，甲醛的用量為物料總水量的1.5～12％；發泡劑為無機化學發泡劑碳酸鈉或銨、碳酸氫鈉、金屬鎂、鋁、鋅粉末中的一種或兩者以上混合發泡劑，其用量與原料聚乙烯醇的摩爾比為0.01～0.5∶1。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的酸為硫酸，其用量為物料總水量的3～20％。
5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于甲醛的用量為物料總水量的2～10％。
6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的發泡劑為碳酸鈉或/和碳酸銨或/和鋅粉，其用量與原料聚乙烯醇的摩爾比為0.02～0.4∶1。
7.根據權利要求3或4或5或6所述的制備方法，其特征在于還可以加入成孔劑淀粉或糊精，加入量為原料聚乙烯醇重量的10～90％。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于還可以加入細度≥100目的活性炭或煤粉，加入量為原料聚乙烯醇重量的10～90％。
全文摘要
一種高吸水聚乙烯醇發泡體，由聚合度為2000～3200的高粘度的聚乙烯醇縮甲醛后發泡得到的連續開孔發泡體，吸水倍數8.6～32倍，容重30～105Kg/m
文檔編號C08J9/06GK1557872SQ200410014019
公開日2004年12月29日 申請日期2004年2月4日 優先權日2004年2月4日
發明者陳信生, 唐承宏, 王光釗, 高祖安, 陳曉明, 張俊武, 陳向陽, 周正中 申請人:安徽大維新材有限責任公司, 陳信生