一種纖維素改性酚醛泡沫的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種纖維素酚醛泡沫的制備方法。過程如下：配制7wt％氫氧化鈉和12wt％尿素的混合水溶液并預冷至-12℃，加入已粉碎的纖維素，攪拌2-5min得到透明的纖維素溶液；將纖維素溶液加入苯酚，得到生物質酚；將生物質酚與甲醛按摩爾比1:1.5-1:2.0混合，加入催化劑進行縮聚反應，減壓脫水、冷卻出料，制得流動態纖維素酚醛樹脂；按重量份數取流動態纖維素酚醛樹脂100份、表面活性劑4-8份、發泡劑3-10份、固化劑10-20份，混合均勻后在60-80℃下發泡10-20min，得到纖維素改性酚醛泡沫。本發明利用纖維素部分替代苯酚，降低了酚醛泡沫的生產成本，同時促進了生物質資源的高效利用。
【專利說明】一種纖維素改性酚醛泡沬的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高分子阻燃材料【技術領域】，具體涉及到一種纖維素酚醛泡沫。
【背景技術】
[0002]近年來，我國火災的頻繁發生，且90%以上的火災是由于用火不慎引起室內可燃物燃燒，嚴重威脅人民的財產和生命安全；同時，隨著節能保溫和阻燃性能指標要求的進一步提高，阻燃建材的需求將進一步增長，開展新型節能保溫材料的防火阻燃研究勢在必行。酚醛泡沫塑料是一種物美價廉的輕質阻燃材料，具有耐熱、難燃、自熄、低煙低毒、抗火焰穿透、遇火無滴落物等優點，很適合用于建筑的保溫材料。但由于其脆性大、開孔率高、易粉化等缺點限制了它的應用。
[0003]纖維素是世界上蘊藏量最豐富的天然高分子化合物，是取之不盡用之不竭的，人類最寶貴的天然可再生資源。同時由于纖維素具有分子量大、來源廣泛、生物可降解性，對環境無污染，是較佳的天然增強材料。利用纖維素增強酚醛泡沫，不僅能提高泡沫的力學性能，還能促進生物質資源高效利用。
[0004]酚醛泡沫是由酚醛樹脂經過進一步發泡制得的。為提高泡沫韌性，降低粉化現象，可在酚醛樹脂生產工藝中或在調試發泡配方時進行適當改性處理。現有技術采用填充型改性劑、尿素改性樹脂、增韌劑等都取得了不錯的效果，但是利用天然生物質來增強泡沫的應用研究較少，特別是采用纖維素，主要原因就是纖維素分子結構穩定，不溶于普通溶劑，很難與酚醛樹脂發生交聯而達到改性的目的。
【發明內容】
[0005]本發明目的在于提供一種纖維素改性酚醛泡沫的制備方法，制備得到韌性較好且性能穩定的改性酹醒泡沫。
[0006]為達到上述目的采用技術方案如下:
[0007]一種纖維素改性酚醛泡沫的制備方法，包括以下步驟:
[0008]配制7wt%氫氧化鈉和12wt%尿素的混合水溶液并預冷至-12°C，加入已粉碎的纖維素，攪拌2-5min得到透明的纖維素溶液；
[0009]將纖維素溶液加入苯酚，得到生物質酚；
[0010]將生物質酚與甲醛按摩爾比1: 1.5-1: 2.0混合，加入催化劑進行縮聚反應，減壓脫水、冷卻出料，制得流動態纖維素酚醛樹脂；
[0011]按重量份數取流動態纖維素酚醛樹脂100份、表面活性劑4-8份、發泡劑3-10份、固化劑10-20份，混合均勻后在60-80°C下發泡10-20min，得到纖維素改性酚醛泡沫。
[0012]按上述方案，加入的纖維素溶液體積是苯酚的10% -20%。
[0013]按上述方案，所述的纖維素是棉花或棉織品。
[0014]按上述方案，所述催化劑為氫氧化鈉、氫氧化鈣或氨水。
[0015]按上述方案，所述的表面活性劑為吐溫-80、硅油或蓖麻油。
[0016]按上述方案，所述的發泡劑為正戊烷、異戊烷或石油醚。
[0017]按上述方案，所述固化劑為無機酸、有機酸或兩者的混合；無機酸為鹽酸、磷酸或硼酸；有機酸為苯磺酸、乙酸或對甲苯磺酸。
[0018]本發明的有益效果:
[0019]本發明利用纖維素部分替代苯酚，降低了酚醛泡沫的生產成本，同時促進了生物質資源的高效利用。
[0020]本發明采用綠色溶劑7wt% Na0H/12wt%尿素水溶液來溶解纖維素，NaOH可以有效脫脂，并且能提前給體系提供一個堿性環境，使纖維素、苯酚和甲醛充分接觸，提高反應效率，同時能減少堿性催化劑的用量；尿素在反應結束后能捕獲游離的甲醛，冷卻出料時無需用酸中和，簡化了操作步驟，同時提高了酚醛樹脂的活性。
[0021]本發明采用混合酸做固化劑既能降低對設備的腐蝕性又可保證發泡充分，性能穩定。
[0022]本發明的酚醛泡沫屬于生物質材料，具有良好的可降解性，是一種環保的新型材料，擁有廣闊的市場前景。
【具體實施方式】
[0023]以下結合實施例進一步闡釋本發明的技術方案，但不作為對本發明保護范圍的限制。
[0024]本發明纖維素改性酚醛泡沫，制備過程如下:
[0025]配制7wt%氫氧化鈉和12wt%尿素的混合水溶液并預冷至-12°C，加入已粉碎的纖維素，攪拌2-5min得到透明的纖維素溶液；
[0026]將纖維素溶液加入苯酚，得到生物質酚；
[0027]將生物質酚與甲醛按摩爾比1: 1.5-1:2.0混合，加入催化劑進行縮聚反應，減壓脫水、冷卻出料，制得流動態纖維素酚醛樹脂；
[0028]按重量份數取流動態纖維素酚醛樹脂100份、表面活性劑4-8份、發泡劑3-10份、固化劑10-20份，混合均勻后在60-80°C下發泡10-20min，得到纖維素改性酚醛泡沫。
[0029]表面活性劑為吐溫-80、硅油或蓖麻油。發泡劑為正戊烷、異戊烷或石油醚。固化劑為無機酸、有機酸或兩者的混合；無機酸為鹽酸、磷酸或硼酸；有機酸為苯磺酸、乙酸或對甲苯磺酸。
[0030]優化地，流動態纖維素酚醛樹脂制備過程中，加入的纖維素溶液體積是苯酚的5%-20%。纖維素是棉花或棉織品。催化劑為氫氧化鈉、氫氧化鈣或氨水。
[0031]實施例1
[0032]配制7wt% Na0H/12wt%尿素水溶液并預冷至-12°C，加入已粉碎的棉花，高速攪拌2min，得到纖維素溶液；將苯酚與纖維素溶液混合，纖維素溶液的體積為苯酚的10%，得到生物質酚。將生物質酚與甲醛以摩爾比1:1.5混合，加入NaOH催化，80°C充分攪拌90min進行縮聚反應，然后減壓脫水，冷卻出料，制得流動態纖維素酚醛樹脂；
[0033]取流動態纖維素酚醛樹脂100份，吐溫-804份，正戊烷5份，固化劑10份，所述的固化劑為磷酸、對甲苯磺酸和水按質量比3:10:2混合的混合物，在室溫25°C下充分攪拌60s，然后在70°C環境下發泡15min，制得固態纖維素酚醛泡沫。
[0034]所得酚醛泡沫表觀密度為65kg/m3，壓縮強度為146kpa，極限氧指數為52。
[0035]實施例2
[0036]配制7wt% Na0H/12wt%尿素水溶液并預冷至-12°C，加入已粉碎的棉花，高速攪拌5min，得到纖維素溶液；將苯酚與纖維素溶液混合，纖維素溶液的體積為苯酚的20%，得到生物質酚。將生物質酚與甲醛以摩爾比1:2.0混合，加入氨水催化，80°C充分攪拌120min進行縮聚反應，然后減壓脫水，冷卻出料，制得流動態纖維素酚醛樹脂；
[0037]取流動態纖維素酚醛樹脂100份，硅油4份，正戊烷10份，固化劑15份，所述的固化劑為鹽酸、乙酸和水按質量比3:10:2混合的混合物，在室溫30°C下充分攪拌40s，然后在75°C環境下發泡lOmin，制得固態纖維素酚醛泡沫。
[0038]所得酚醛泡沫表觀密度為56kg/m3，壓縮強度為138kpa，極限氧指數為48。
[0039]實施例3
[0040]配制7wt% NaOH/12wt%尿素水溶液并預冷至-12°C，加入已粉碎的棉花，高速攪拌3min，得到纖維素溶液；將苯酚與纖維素溶液混合，纖維素溶液的體積為苯酚的15%，得到生物質酚。將生物質酚與甲醛以摩爾比1: 1.8混合，加入NaOH催化，85°C充分攪拌10min進行縮聚反應，然后減壓脫水，冷卻出料，制得流動態纖維素酚醛樹脂；
[0041]取流動態纖維素酚醛樹脂100份，吐溫-806份，石油醚3份，固化劑20份，所述的固化劑為磷酸、對甲苯磺酸和水按質量比3:10:2混合的混合物，在室溫20°C下充分攪拌60s，然后在60°C環境下發泡20min，制得固態纖維素酚醛泡沫。
[0042]所得酚醛泡沫表觀密度為69kg/m3，壓縮強度為154kpa，極限氧指數為56。
[0043]實施例4
[0044]配制7wt% NaOH/12wt%尿素水溶液并預冷至-12°C，加入已粉碎的棉花，高速攪拌5min，得到纖維素溶液；將苯酚與纖維素溶液混合，纖維素溶液的體積為苯酚的20%，得到生物質酚。將生物質酚與甲醛以摩爾比1:2.0混合，加入NaOH催化，90°C充分攪拌80min進行縮聚反應，然后減壓脫水，冷卻出料，制得流動態纖維素酚醛樹脂；
[0045]取流動態纖維素酚醛樹脂100份，吐溫-808份，正戊烷10份，固化劑10份，所述的固化劑為磷酸、苯磺酸和水按質量比3:10:2混合的混合物，在室溫25°C下充分攪拌60s，然后在80°C環境下發泡lOmin，制得固態纖維素酚醛泡沫。
[0046]所得酚醛泡沫表觀密度為42kg/m3，壓縮強度為135kpa，極限氧指數為46。
[0047]實施例5
[0048]配制7wt% NaOH/12wt%尿素水溶液并預冷至-12°C，加入已粉碎的棉花，高速攪拌3min，得到纖維素溶液；將苯酚與纖維素溶液混合，纖維素溶液的體積為苯酚的10%，得到生物質酚。將生物質酚與甲醛以摩爾比1:1.8混合，加入Ca (OH)2催化，80°C充分攪拌90min進行縮聚反應，然后減壓脫水，冷卻出料，制得流動態纖維素酚醛樹脂；
[0049]取流動態纖維素酚醛樹脂100份，吐溫-804份，異戊烷5份，固化劑15份，所述的固化劑為磷酸、對甲苯磺酸和水按質量比3:10:2混合的混合物，在室溫28°C下充分攪拌60s，然后在65°C環境下發泡15min，制得固態纖維素酚醛泡沫。
[0050]所得酚醛泡沫表觀密度為58kg/m3，壓縮強度為150kpa，極限氧指數為47。
[0051]對比例
[0052]將苯酚與甲醛按摩爾比1: 1.8混合，加入氫氧化鈉催化，80°C充分攪拌90min進行縮聚反應，然后減壓脫水，冷卻出料，制得流動態酚醛樹脂；取流動態酚醛樹脂100份，吐溫-804份，正戊烷5份，固化劑10份，所述的固化劑為磷酸、對甲苯磺酸和水按質量比3:10:2混合的混合物，在室溫25°C下充分攪拌60s，然后在70°C環境下發泡lOmin，制得固態纖維素酚醛泡沫。所得酚醛泡沫表觀密度為43kg/m3，壓縮強度為123kpa，極限氧指數為42。
[0053]由實施例1-5及對比例可以得出，本發明制備的纖維素酚醛泡沫的壓縮性能顯著提高，同時具有良好的阻燃性和環保性，應用前景廣闊。
【權利要求】
1.一種纖維素改性酚醛泡沫的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 配制7wt%氫氧化鈉和12wt%尿素的混合水溶液并預冷至-12°c，加入已粉碎的纖維素，攪拌2-5min得到透明的纖維素溶液； 將纖維素溶液加入苯酚，得到生物質酚； 將生物質酚與甲醛按摩爾比1:1.5-1:2.0混合，加入催化劑進行縮聚反應，減壓脫水、冷卻出料，制得流動態纖維素酚醛樹脂； 按重量份數取流動態纖維素酚醛樹脂100份、表面活性劑4-8份、發泡劑3-10份、固化劑10-20份，混合均勻后在60-80°C下發泡10-20min，得到纖維素改性酚醛泡沫。
2.如權利要求1所述纖維素改性酚醛泡沫，其特征在于加入的纖維素溶液體積是苯酚的 10% -20%。
3.如權利要求1所述纖維素改性酚醛泡沫，其特征在于所述的纖維素是棉花或棉織品O
4.如權利要求1所述纖維素改性酚醛泡沫，其特征在于所述催化劑為氫氧化鈉、氫氧化鈣或氨水。
5.如權利要求1所述纖維素改性酚醛泡沫，其特征在于所述的表面活性劑為吐溫-80、硅油或蓖麻油。
6.如權利要求1所述纖維素改性酚醛泡沫，其特征在于所述的發泡劑為正戊烷、異戊烷或石油醚。
7.如權利要求1所述纖維素改性酚醛泡沫，其特征在于所述固化劑為無機酸、有機酸或兩者的混合；無機酸為鹽酸、磷酸或硼酸；有機酸為苯磺酸、乙酸或對甲苯磺酸。
【文檔編號】C08L61/14GK104311868SQ201410584376
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月27日 優先權日:2014年10月27日
【發明者】劉生鵬, 黃普林, 許莉莉, 樊慶春, 丁一剛 申請人:武漢工程大學