專利名稱：一種酚醛樹脂泡沫復合保溫材料及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種不易燃燒的保溫材料及其生產方法，可用于工廠管道和設備保溫、車輛及船舶保溫及建筑物保溫，屬保溫材料類。
背景技術：
除工廠管道和設備保溫、車輛及船舶等領域大量使用保溫材料外，隨著人們生活水平的提高和對節能減排要求的提高，對保溫材料的要求也日益提高，特別是建筑外墻保溫對改善人們工作和生活條件、節能和減少溫室氣體排放具有重要意義。目前國內采用的建筑外墻保溫材料主要是可發性聚苯乙烯泡沫板材、發泡聚苯乙烯板材、硬質聚氨脂泡沫 板材等有機保溫材料，這些保溫材料保溫效果良好，但這類有機保溫材料普遍存在容易燃燒、燃燒時產生有毒有害氣體、煙氣重度大、有燃燒滴落現象、安全性較差的共同弱點，無論在建筑物施工過程還是在平時的使用過程中都有發生火災的危險，對人們的生命財產安全構成威脅。為克服以上缺點通常采用的辦法是在加工過程中添加阻燃劑，通過添加阻燃劑只能有限地改善保溫材料的防火性能，但不能改變煙氣密度大、燃燒滴落的性質，不能解決這類保溫材料的燃燒和燃燒漫延問題，同時也使保溫材料成本明顯增加。常用的另一類如巖棉保溫板、膨脹珍珠巖或玻化微珠保溫砂漿等無機保溫材料，這類保溫材料雖然具有不燃燒的特點，但其保溫效果遠遠低于有機保溫材料，要達到同樣的保溫效果必需增加保溫層厚度，因其自身重量較大，會增加建筑物的負荷，無機保溫材料的吸水性也影響到使用壽命。近年來國內外出現了酚醛樹脂泡沫、酚醛樹脂泡沫復合板等酚醛泡沫型建筑保溫材料，這是唯一的一種不需添加任何阻燃劑其本身具有優異防火性能的有機保溫材料，它具有難燃、低煙、耐高溫、長期不老化、尺寸穩定的特點，有極好的絕熱保溫性能，但酚醛泡沫類保溫材料的機械強度偏低，材料表面受力后容易粉化，限制了這種保溫材料的使用，盡管通過添加增韌劑之后材料的機械強度有所改善，但仍然不夠理想，人們還在繼續探索提高酚醛樹脂泡沫機械強度方法。有的酚醛樹脂泡沫復合型保溫材料涉及的原料品種較多，對原材料的要求苛刻，生產工藝過程復雜，不利于推廣應用。現有的酚醛樹脂泡沫制造方法是以酚醛樹脂為主要原料，制造過程加入的輔助原料有發泡劑(如戊烷)、表面活性劑(如吐溫-80)、增韌劑(如聚乙二醇)等混合均勻后加入固化催化劑(有機或無機酸類)發泡固化成型，發泡和固化成型的溫度從常溫到150°C，固化成型所需時間從幾分鐘到幾小時不等。
發明內容
本發明的目的在于提供一種具有良好的保溫和防火性能且有較好機械強度的酚醛樹脂泡沫復合保溫材料及其生產方法。本發明的技術方案如下此種保溫材料由酚醛樹脂泡沫和輕質顆粒組成，其中酚醛樹脂泡沫是基體，輕質顆粒均勻地分散在酚醛樹脂泡沫基體中，分散的輕質顆粒被酚醛樹脂泡沫包圍并相互隔離，酚醛樹脂泡沫與輕質顆粒緊密結合為一體，構成了本發明的保溫材料。本發明的酚醛樹脂泡沫復合保溫材料中的輕質顆粒包括有機輕質顆粒和無機輕質顆粒，其中有機輕質顆粒包括可發性聚苯乙烯發泡顆粒、回收的聚苯乙烯泡沫顆粒和本發明保溫材料的邊角余料經破碎后回收的輕質顆粒；其中無機輕質顆粒為膨脹珍珠巖顆粒、玻化微珠顆粒；也包括其中兩種或兩種以上顆粒的混合輕質顆粒。在本發明的保溫材料中酚醛樹脂泡沫與輕質顆粒的質量比為I : 0.1-1 10，若采用有機與無機的混合輕質顆粒，則混合輕質顆粒中有機顆粒與無機顆粒的質量比為I : 0.1-1 10。本發明所用的可發性聚苯乙烯發泡顆粒，可以從可發性聚苯乙烯經發泡制得，也可以使用廢棄的聚苯乙烯泡沫制品經破碎后回收的輕質顆粒，回收的聚苯乙烯泡沫顆粒與直接制取的可發性聚苯乙烯發泡顆粒可以等同使用，本發明所涉及保溫材料生產過程產生的邊角余料經破碎后得到的輕質顆粒，也可作為有機輕質顆粒與可發性聚苯乙烯發泡顆粒等同使用。本發的保溫材料中涉及的酚醛樹脂發泡和固化過程所采用的發泡劑、表面活性齊U、增韌劑和固化催化劑分別是發泡劑為水、戊烷、己烷或其混合物，所使用的表面活性劑為吐溫-60、吐溫-80或其混合物，所使用的固化催化劑為硫酸、磷酸、二甲苯磺酸、對甲苯磺酸或其混合物，增韌劑為聚乙二醇、腰果油、聚氨酯、甘油等，沒有特殊要求本發明的保溫材料中可不添加增韌劑。所涉及各物料的添加量占A階酚醛樹脂的質量百分比分別為發泡劑5-20%、表面活性劑3-10%、固化催化劑8-25%、增韌劑0. 5-15%。本方法的發泡劑采用了脂肪族烷烴或水，生產過程不釋放破壞大氣臭氧層的有害物質。本發明的酚醛樹脂泡沫復合保溫材料中采用的輕質顆粒為有機輕質顆粒時，特別是采用可發性聚苯乙烯發泡顆粒時，易燃的可發性聚苯乙烯發泡顆粒分散在難燃的酚醛樹脂泡沫基體中，在可發性聚苯乙烯發泡顆粒之間充滿了酚醛樹脂泡沫，可發性聚苯乙烯發泡顆粒被酚醛樹脂泡沫包圍并相互隔離，酚醛樹脂泡沫與可發性聚苯乙烯發泡顆粒緊密結合為一體，構成了本發明的含有有機輕質顆粒的保溫材料。以可發性聚苯乙烯發泡顆粒為輕質顆粒添加到酚醛樹脂泡沫中能夠得到比重很輕的復合保溫材料，這種保溫材料兼有優良的保溫性能和阻燃防火性能，在遇到明火時，被分隔開的處于材料表面不完整的可發性聚苯乙烯顆粒發生收縮和碳化，在材料表面原可發性聚苯乙烯發泡顆粒位置形成半球型凹坑，完全避免了燃燒滴落現象，在材料表面形成碳化表層，材料內部的可發性聚苯乙烯發泡顆粒在酚醛樹脂泡沫包圍保護下與空氣隔絕，也與火焰隔絕，不會發生燃燒，因而整個保溫材料仍然是高度難燃的材料。又由于有一定彈性的可發性聚苯乙烯發泡顆粒均勻地分散在酚醛樹脂泡沫中，改善了酚醛樹脂泡沫材料的機械性能，材料表面受力后可發性聚苯乙烯發泡顆粒先吸收一部分能量，顆粒自身發生部分彈性變形，其余外力沿著顆粒表面分散，使酚醛樹脂泡沫受力均勻不易粉化，而酚醛樹脂泡沫賦予了材料不易燃燒的特性，兩者結合，既克服了酚醛樹脂泡沫的機械強度較差和聚苯乙烯泡沫易燃的缺點，又發揮了酚醛樹脂泡沫的難燃和聚苯乙烯泡沫顆粒有一定彈性的優點，所獲得的酚醛樹脂泡沫復合保溫材料既有優良防火性能又有較好的機械強度。在酚醛樹脂泡沫中添加可發性聚苯乙烯發泡顆粒帶來的其他好處是，這種保溫材料的生產成本低于純的酚醛樹脂泡沫保溫材料，又因為傳統的可發性聚苯乙烯泡沫保溫材料是易燃物，在建筑保溫方面的使用受到限制，如果完全停止發泡聚苯乙烯系列保溫材料在建筑保溫方面的使用，不僅影響到聚苯乙烯保溫材料產業，也會影響到聚苯乙烯原料產業，通過向酚醛樹脂泡沫中添加可發性聚苯乙烯發泡顆粒來生產不易燃燒的保溫材料，可以消耗一部分可發性聚苯乙烯原料，這樣有利于保護原有以可發性聚苯乙烯為原料的保溫材料產業，也有利于保護聚苯乙烯原料生產企業，可以減少社會資源的浪費。回收的聚苯乙烯泡沫顆粒的使用有利于消除聚苯乙烯泡沫塑料產生的“白色”污染，有利于環境保護。本發明保溫材料的邊角余料可回收利用，從而避免生產過程固體廢物的產生和原材料的浪費。本發明的酚醛樹脂泡沫復合保溫材料中采用的輕質顆粒為無機輕質顆粒時，不燃的無機輕質顆粒分散在難燃的 酚醛樹脂泡沫基體中，在無機輕質顆粒之間是酚醛樹脂泡沫，無機輕質顆粒被酚醛樹脂泡沫包圍并相互隔離，酚醛樹脂泡沫與無機輕質顆粒緊密結合為一體，構成了本發明的含有無機輕質顆粒的保溫材料，無機輕質顆粒的添加進一步提高了保溫材料的防火性能和耐高溫性能，同時也提高了保溫材料的機械強度，而材料的保溫性能略有降低，欲達到與采用有機輕質顆粒保溫材料同樣的保溫效果，需要適當增加保溫層厚度，這種保溫材料適合于使用環境溫度較高、對防火要求很高的保溫場合。本發明的酚醛樹脂泡沫復合保溫材料中采用的輕質顆粒為有機與無機的混合輕質顆粒時，混合輕質顆粒分散在難燃的酚醛樹脂泡沫基體中，在混合輕質顆粒之間是酚醛樹脂泡沫，混合輕質顆粒被酚醛樹脂泡沫包圍并相互隔離，酚醛樹脂泡沫與混合輕質顆粒緊密結合為一體，構成了同時含有有機和無機混合輕質顆粒的保溫材料，采用有機與無機混合輕質顆粒生產的保溫材料防火性能介于純粹采用有機輕質顆粒和無機輕質顆粒之間，保溫性能優于采用純無機輕質顆粒。這種保溫材料適合于對防火要求較高的保溫場合。
具體實施例方式本發明的具體實施方式
包括兩種方法，一種是間歇法，另一種是連續法，兩種方法由以下的工藝步驟和具體實施例給出，該生產方法是將A階酚醛樹脂、發泡劑、表面活性齊U、增韌劑混合，再與輕質顆粒混合，然后加入固化催化劑再經混合后在50°C -120°C的溫度下固化成型，固化成型時間為10分鐘-120分鐘。間歇法的具體步驟如下(I)首先將A階酚醛樹脂按比例與表面活性劑、發泡劑、增韌劑充分混合，得到混合物A，此混合過程所使用的混合器為全混型攪拌混合器；(2)將混合物A按比例與輕質顆粒充分混合，得到混合物B，此混合過程使每個輕質顆粒表面完全與混合物A接觸，以保證酚醛樹脂泡沫與輕質顆粒緊密結合為一體，此混合效果通過使用螺旋型攪拌混合器實現；(3)向混合物B內按比例加入固化催化劑并混合均勻，得到混合物C，此混合過程所使用的混合器為螺旋型攪拌混合器；(4)將混合物C移入模具箱在50°C _120°C的溫度下固化成型，固化成型時間為10分鐘-120分鐘，固化成型后得到本發明的酚醛樹脂泡沫復合保溫材料。連續法是將本發明酚醛樹脂泡沫復合保溫材料的各生產步驟所涉及的生產設備進行合理組合形成連續生產線，使酚醛樹脂泡沫復合保溫材料實現連續化生產，并易于實現自動化。不同于間歇法，在連續工藝中固化成型設備需要使用履帶式或鋼帶式隧道加熱箱，連續法具體是把用于A階酚醛樹脂、表面活性劑、發泡劑、增韌劑混合得到混合物A所使用的全混型攪拌混合器、用于混合物A與輕質顆粒混合得到混合物B所使用的螺旋型攪拌混合器、用于混合物B中加入固化催化劑后混合得到混合物C所使用的螺旋型攪拌混合器、用于混合物C固化成型得到酚醛樹脂泡沫復合保溫材料所使用的履帶式或鋼帶式隧道加熱箱這一系列生產設備經合理組合形成一條連續生產線，從而在連續生產線上完成生產酚醛樹脂泡沫復合保溫材料的每個工藝過程。與間歇法相比連續法有利于提高生產效率，保證產品質量穩定，易于現自動化連續生產，可降低人工勞動強度。實施例I :將Ikg的A階酚醛樹脂(無錫光明化工有限公司生產的產品牌號為2130)與
0.08kg的吐溫-80及0. 16kg的戊烷充分混合，得到混合物A ;將混合物A與Ikg可發性聚苯乙烯發泡顆粒充分混合，得到混合物B ；向混合物B內加入0. 12kg的硫酸并混合均勻，得到混合物C ;將混合物C移入模具箱，溫度保持在50°C持續8分鐘，將已發泡的保溫材料移出模具箱并自然冷卻到常溫。得到的保溫材料密度為35kg/m3，導熱系數為0. 023W/M. K，氧指數為45%，抗壓強度245Kpa。實施例2 將Ikg的A階酚醛樹脂與0. 06kg的吐溫-60及0. 05kg聚乙二醇和0. 12kg己烷充分混合，得到混合物A ;將混合物A與2kg可發性聚苯乙烯發泡顆粒充分混合，得到混合物B ；向混合物B內加入0. 15kg磷酸與二甲苯磺酸鈉的混合固化催化劑并混合均勻，其中磷酸與二甲苯磺酸鈉的質量比為I : I，得到混合物C ;將混合物C移入模具箱，溫度保持在70°C持續10分鐘，將已發泡的保溫材料移出模具箱并自然冷卻到常溫。得到的保溫材料密度為41kg/m3，導熱系數為0. 021W/M. K，氧指數為41 %，抗壓強度241Kpa。實施例3 將Ikg的A階酚醛樹脂與0. 06kg的吐溫-80及0. 18kg的己烷充分混合，得到混合物A ;將混合物A與5kg膨脹珍珠巖顆粒充分混合，得到混合物B ;向混合物B內加入0. 15kg硫酸與磷酸的混合固化催化劑并混合均勻，其中硫酸與磷酸的質量比為I : 1，得到混合物C ;將混合物C移入模具箱并保持50°C溫度25分鐘，將已發泡成型的保溫材料移出模具箱并自然冷卻到常溫。得到的保溫材料密度為300kg/m3，導熱系數為0. 043W/M. K，氧指數為49%，抗壓強度為385Kpa。實施例4 將Ikg的A階酚醛樹脂與0. 06kg吐溫-80及0. 18kg水充分混合，得到混合物A ;將混合物A與0. 6kg可發性聚苯乙烯發泡顆粒及2kg膨脹珍珠巖顆粒充分混合，得到混合物B ;向混合物B內加入0. 16kg磷酸并混合均勻，得到混合物C ;將混合物C移入履帶式隧道加熱箱，保持100°C溫度，控制10分鐘時間通過履帶式隧道加熱箱，然后自然冷卻到常溫。得到的保溫材料密度為195kg/m3，導熱系數為0. 038W/M. K，氧指數為47%，抗壓強度342Kpa。實施例5 將A階酚醛樹脂、吐溫-80、己烷按比例混合后得到的混合物A存入一儲罐，用計量泵將混合物A從儲罐連續打入到螺旋型攪拌混合器-I中，在此同時用螺旋給料器向螺旋型攪拌混合器-I連續供應可發性聚苯乙烯發泡顆粒，控制混合物A與可發性聚苯乙烯發泡顆粒的質量流量比為I : 1，在螺旋型攪拌混合器-I內，在旋轉攪拌和向前的推力作用下，完成混合物A與可發性聚苯乙烯發泡顆粒的混合得到混合物B，并將混合物B推入到螺旋型攪拌混合器-2內，用計量泵向螺旋型攪拌混合器-2內供應磷酸，并控制混合物B與磷酸的質量流量比為I : 0.2，在螺旋型攪拌混合器旋轉攪拌和向前推力作用下，使混合物B與磷酸混合均勻得到混合物C，混合物C被螺旋型攪拌混合器的推力推入到履帶式隧道加熱箱，保持履帶式隧道加熱箱內溫度為95°c，控制混合物C通過履帶式隧道加熱箱的時間為15分鐘，將固化成型的保溫材料從履帶式隧道加熱箱取出后，自然冷卻到常溫。得到的保溫材料密度為36kg/m3，導熱系數為0. 022W/M. K，氧指數為43 %，抗壓強度242Kpa。此實施例將涉及的混合設備和固化成型設備合理結合在一起，形成了連續生產線，在連續生產線上完成生產酚醛樹脂泡沫復合保溫材料的每個工藝過程，實現了本發明保溫材料的連續生產。所得保溫材料再經切割加工為不同大小和形狀后可應用于不同保溫場合，例如板材可用于建筑保溫、管材可用于工廠管道保溫、異型材可用于工廠設備和船舶及車輛保溫，在板材表面貼面可增加材料表面強度和裝飾性，例如在板材表面粘貼鋁箔后可用于加工空調風道。本發明提供的酚醛樹脂泡沫復合保溫材料具有良好的保溫、難燃、防火性能和長 期不老化、尺寸穩定、良好的機械強度等優點，所提供的生產方法簡單，能夠實現連續自動化生產，生產過程沒有廢水、廢氣和固體廢物產生，宜于推廣應用。
權利要求
1.一種酚醛樹脂泡沫復合保溫材料，其特征在于此種保溫材料由酚醛樹脂泡沫和輕質顆粒組成，其中酚醛樹脂泡沫是基體，輕質顆粒均勻地分散在酚醛樹脂泡沫基體中，分散的輕質顆粒被酚醛樹脂泡沫包圍并相互隔離，酚醛樹脂泡沫與輕質顆粒緊密結合為一體。
2.如權利要求I所述的酚醛樹脂泡沫復合保溫材料，其特征在于所述的輕質顆粒包括有機輕質顆粒和無機輕質顆粒，其中有機輕質顆粒為可發性聚苯乙烯發泡顆粒、回收的聚苯乙烯泡沫顆粒、本發明保溫材料的邊角余料破碎后回收的輕質顆粒；無機輕質顆粒為膨脹珍珠巖顆粒、玻化微珠顆粒；也包括其中兩種或兩種以上顆粒的混合輕質顆粒。
3.如權利要求1-2所述的酚醛樹脂泡沫復合保溫材料，其特征在于酚醛樹脂泡沫與輕質顆粒的質量比為I : 0.1-1 10;若采用有機與無機的混合輕質顆粒，則混合輕質顆粒中有機顆粒與無機顆粒的質量比為I : 0. 1-1 10。
4.如權利要求1-3所述的酚醛樹脂泡沫復合保溫材料的生產方法，其特征在于該生產方法是將A階酚醛樹脂與發泡劑、表面活性劑、增韌劑混合均勻，再與輕質顆粒混合，然后加入固化催化劑固化成型，其實施步驟如下 (1)首先將A階酚醛樹脂按比例與表面活性劑、發泡劑、增韌劑混合均勻，得到混合物A ； (2)將混合物A按比例與輕質顆粒充分混合，得到混合物B;此混合過程使每個輕質顆粒表面完全與混合物A接觸，以保證酚醛樹脂泡沫與輕質顆粒緊密結合為一體，此混合效果通過使用螺旋型攪拌混合器實現； (3)向混合物B內按比例加入固化催化劑并混合均勻，得到混合物C;此混合過程所使用的混合器為螺旋型攪拌混合器； (4)將混合物C移入模具箱并在在50°C— 120°C溫度下發泡固化成型，固化成型時間為10分鐘-120分鐘。
5.如權利要求1-4所述的酚醛樹脂泡沫復合保溫材料的生產方法，其特征在于將各步驟所涉及的生產設備進行合理組合形成連續生產線，使酚醛樹脂泡沫復合保溫材料實現連續化生產；具體是把用于A階酚醛樹脂、表面活性劑、發泡劑、增韌劑混合得到混合物A所使用的全混型攪拌混合器、用于混合物A與輕質顆粒混合得到混合物B所使用的螺旋型攪拌混合器、用于混合物B中加入固化催化劑后混合得到混合物C所使用的螺旋型攪拌混合器、用于混合物C固化成型得到酚醛樹脂泡沫復合保溫材料所使用的履帶式或鋼帶式隧道加熱箱這一系列生產設備經合理組合形成一條連續生產線，從而在連續生產線上完成生產酚醛樹脂泡沫復合保溫材料的每個工藝過程，發泡固化成型溫度為50°C — 120°C，固化成型時間為10分鐘-120分鐘。
全文摘要
本發明涉及一種酚醛樹脂泡沫復合保溫材料及其生產方法。此種保溫材料由酚醛樹脂泡沫和輕質顆粒組成，輕質顆粒均勻地分散在酚醛樹脂泡沫基體中，輕質顆粒之間相互隔離，酚醛樹脂泡沫與輕質顆粒緊密結合為一體。該保溫材料的生產方法是將A階樹脂、表面活性劑、發泡劑、增韌劑混合均勻，加入輕質顆粒混合均勻，加入固化催化劑混合均勻后發泡固化成型。本發明提供的保溫材料具有優良的保溫性能和防火性能，而且具有良好的機械強度。
文檔編號C08K7/28GK102731961SQ20111031574
公開日2012年10月17日 申請日期2011年10月18日 優先權日2011年10月18日
發明者藍云飛, 藍天航, 邵力 申請人:藍云飛, 藍天航, 邵力