專利名稱:泡沫制品及其用途的制作方法
本發明涉及一種對于建筑工業有特別實用價值的之組合物材料及其生產方法。雖然下面說明可將該組合物用作一種襯里材料，但本發明并不受此限制。
幾百年來，灰泥(墻粉)一直作為建筑物內部基本的襯里材料。近年來對于灰泥的組成已進行了各種的改進，但直到目前為止，灰泥仍然是建筑物內部襯里主要的材料。現代的灰泥襯里，是用薄紙質將其兩側履蓋。經過這樣處理之后，此薄層可以即刻上漆。而這種紙層有利于使用低密度灰泥，它比迄今所用的灰泥密度更低。各種履面襯里材料的名稱有VICTOR-BOARD GYPSUM BOARD和GYPROCK等。
盡管灰泥已得到許多改進，但它仍然有比較高的導熱性和低抗沖擊強度的問題。因灰泥導熱性高之特性，在寒冷的冬季里使熱量可從屋內散逸;而在夏季，卻使熱流進屋內。顯然那樣的熱量轉移造成浪費而且是不希望的，而且為了抵消這種能量轉移又要增加費用。
例如在澳大利亞，氣溫范圍基本上是在0℃-40℃之間，已經出現在建筑物內安裝絕熱材料的傾向。目前，有兩種已知的絕熱方法。對已經建好的房屋進行隔熱的最容易的方法是，在天花板內噴灑或放置絕熱材料。安裝絕熱材料的第二種方法是，在建筑期間將絕熱材料塞入墻壁和襯里之間。這樣做，除了使屋主承擔通常的建筑費用以外還要付出可觀的開支。
然而，由于普通的灰泥或灰泥板料板的強度低，它只可承受比較小的沖擊，當它受到較強的沖擊甚至是中等強度的局部沖擊時都可能會產生碎裂。所以往往需要經常檢修，這當然又要增加正常的維修費用。
灰泥之另一種特性是每單位面積的重量重，這種特性又使費用增加，因為需要增加安裝襯里的時間和勞力開支。
盡管灰泥的組合物有這些固有的缺點，但迄今尚未有適用而經濟的代用品，因此該類型的襯里在建筑工業上的應用仍占優勢。
本發明提出用一種通稱為酚醛泡沫體的苯酚甲醛泡沫體來代替目前所用的材料。更具體來說，本發明是有關酚醛泡沫組合物的組成及制造方面的改進。
依據下面所提供的資料研制成的酚醛泡沫體，具有極好的防火性能。按照澳大利亞標準1530號第三部份的要求測試的結果，發現其具有四個零級之消火率，即燃點為0級，火焰的蔓延度為0級，散熱度為0級，及煙霧散發度為0級。本發明的酚醛泡沫體有這么好的特性是意想不到的，而現有的酚醛泡沫體通常都沒有顯示出這些良好的防火性能。因此，它所達到的消火率是相當顯著的。
依據本發明所得的酚醛泡沫體之第二個特點是，其導熱性非常低，因此，此泡沫體有助于保存熱能。此酚醛泡沫體同樣會起一種絕熱體的作用，夏季時可以防止熱量流進建筑物內，而在冬季可以防止熱量從建筑內部散失。
本發明之第三個特點是，按照本制造方法，可以獲得一種整個產品中都布滿了大量的，而基本上有一定大小的多孔結構體，而這些小孔的形狀是可以有所不同。而特別重要的是泡沫體中大量的空隙可視為一大的散熱或吸熱源。
本發明之第四個特點是這種酚醛泡沫體是耐沖擊的，而現有材料或現有的酚醛泡沫體則缺乏這種性能。
如前面所述，本發明泡沫體的用途之一是可將酚醛泡沫體作為一種壁板料使用。尤其是作為一種能顯示出上述所有性能的外部的墻面材料，它在建筑工業上將是很有用的。
本發明之酚醛泡沫體的生產比較經濟，它可作為建筑上較常用的其他塑料泡沫體的適用的代用品。
然而已經發現，本發明的酚醛泡沫體可作為目前建筑物所常用的灰泥襯里材料的代用品，其最好是制成一種組合板料，其中包括內襯面，它可以是重質紙板或者是將一層薄灰泥飾面膠合到泡沫芯體而制成。
本泡沫體之密度可以是8-100公斤/米3。然而，當使用密度較低之泡沫芯時則需要混入低價的填料。泡沫體之中心層之厚度，可以根據應用上的需要而變化。通常其厚度可以是20-100毫米。因此，一種有代表性的墻嵌板，可包括一個夾層，它是將10毫米之石膏灰泥板膠合到70毫米厚之泡沫體而成以及外部的鑲面。鑲面可以用任一種標準的建筑材料，例如水泥板，鋁板或有色的粘結鋼。
泡沫體夾芯與鑲面的膠合，可以通過任何適合的方法來完成。通常可用一種表面粘結劑，如一種水基粘合劑或氯丁二烯橡膠基防燃接觸粘結劑來使它們彼此之間互相粘合，在這方面，最好將正在粘結的夾板借助壓力軋輥促使其粘接。
此外，也可通過將泡沫體與鑲面緊貼來進行發泡或者固化，則可以少用粘合劑或不用粘合劑來進行粘合。這時可以用例如一種壓板機之裝置來完成。而該膠合板相應的各層次之間具有極好的粘結力。在另一種鑲面方法中，可以用任何一種適合的機械方法，例如用銷釘緊固的方法，將鑲面附加在泡沫體上。
鑒于本發明之酚醛泡沫體所述各種特性，它在建筑方面的應用十分廣泛，它可以用作如室內天花板襯里材料，無負載的組合內墻，無負載的組合外墻或者是作為載荷之合成墻等。
根據使用的需要可以方便地改變泡沫體之各種性能，例如密度。這方面可由下面所述優選的酚醛組合物以及其制造方法加以說明。
一般地講，酚醛泡沫體是由三種組分反應制成的。其中A組分是一種改良的苯酚甲醛樹脂。這種樹脂可能含有如含硅的表面活性劑，它有助于形成有規則的氣孔。一般這種表面活性劑可以是一種含硅的乙二醇之共聚物，這種樹脂最好是一種含有65%-85%(重量)的活性酚醛樹酯固溶體之水溶液。最好其固體含量為75%。其粘度在25℃時最好是4000-7000厘泊，而其pH值在25℃時為6.5-7.5較好。通常其比重為1.1-1.3克/厘米3。
B組分是一種發泡劑，它一般是一種穩定的化合物。發泡劑最好是含三氯乙烷，三氟乙烷之一種特別的混合料，而其他的化學劑，如惰性的氟一碳化合物和三氟甲烷也可用。各種市售的適用的發泡劑商標為FREON TF，PENTANE和FREON 12。
通常，B組分之性質包括在21℃時粘度約為700厘泊，25℃時之密度為1.2-1.6克/厘米3。
C組分是一種活性的酸性硬化劑(例100%)。一般來說，它是一種無機酸或有機酸，例如苯酚磺酸，磷酸和鹽酸，或其混合物，它通常帶有微紅色，是一種透明而吸濕的液體。通常，C組分之性質包括在25℃時，其粘度約為400厘泊，比重為1.3-1.5克/厘米3。
各種組分化合物，可以按照下列步驟進行混合。首先，需要精確地計算出所需之A，B和C組分之用量。A是樹脂，是最主要的組分。B是一種發泡劑或膨脹劑，是次要的組分。C是一種催化劑或一種硬化劑，是另一個次要的組分。
A組分對B組分和A組分對C組分之相應的比例，可以根據對最后所制成的泡沫體密度要求而變化。下表舉例說明它們之間之關系密度 A組分∶B組分 A組分∶C組分(公斤/米3)
5-15 5.2∶1 6.5∶125-35 4.5∶1 6.5∶155-65 9.3∶1 7.5∶1本發明之酚醛泡沫體可以在連續的基礎上生產，經過初步的測試，發現生產大泡沫體(Large buns)，即分批生產會更經濟。典型的大泡沫體可是2400毫米長×1300毫米高×1200毫米寬。
下面是對本發明的泡沫體之生產方法進行說明，所要求泡沫體之密度是25-35公斤/米3。各組分比基本上按照上表所列出之比例。
首先將A組分加熱至40-43℃。當A組分達到該初始溫度，立則將B組分加進去。
一般來講，B組分相對于其他組分之沸點比較高，當B組分加入預熱過的A組分內時，A和B組分開始反應。在混合缸里，可產生約50%的膨脹量。當A組分冷卻到一定溫度時，A組和B組分完全混合而這時膨脹作用就中止。上述之混合過程需要經過一段時間而足以使A、B組分充分混合。該過程一般需要三至五分鐘。這種充分的混合將確保產品澆鑄入模時，不會有氣孔(殘余空氣)或未混合之化學組分產生。
當A組分和B組分在混合缸里充分混合后，通常是看不到有不同的色線存在。最后的步驟是將C組分加入。C組分的添加起一種催化劑的作用，使主要的發泡反應產生并伴隨著化合物之不膨脹面達到最后的凝固定形。另外，必須確保C組分充分地與A和B組分相混合。當混合缸里的混合物呈現均一的顏色，其中看不到其他不同的色線時，則可將全部混合物在特定尺寸的鑄模內進行澆鑄，而最終膨脹作用將在鑄模內進行。
另外，應防止化學反應所產生的熱量從模內部迅速消散。為此將預定的鑄模各個面全部適當地進行絕熱保溫是有效的。
一般來講，當所有混合物鑄入模中時，應將保溫蓋放在液態物料上的鑄模內面。
可發現周圍環境溫度對于真實的上脹時間有相當的影響，通常在約為25℃之環境溫度下，泡沫體上脹至鑄模的頂部并開始凝固定形的時間約需12-15分鐘。
按照上述方法發泡之后，使鑄模靜置約30分鐘。這有助于形成有規則的多孔的結構。然后，使鑄模再擱置約30分鐘，使其發生固化。此后，可將鑄模折卸，使其最后達到100%之固化(約需三十分鐘)。接著可將固化了的泡沫體從模中移出并貯存。
此產品的密度為27-32公斤/米3而導熱性為0.034瓦特/米2/K
。有規則的多孔結構中，孔徑約為0.04毫米，而各氣孔的形狀可以有所變化。通過類似的試驗發現具有其他密度之泡沫體之平均孔徑如下表所示50-60公斤/米30.028毫米15公斤/米30.06毫米9-12公斤/米30.058毫米根據不同用途的需要，可以用帶鋸將發泡產品按照規定之厚度切成薄片，然后與任一種需要的鑲面如紙板，石膏板或鋁泊等相膠合。
本發明之另外一個方面是，當應用相同的基本的制造方法，但用不同比例之A，B和C之混合物(例如見上表)可意外地發現到，可以生產出一種密度較低(約為5-15公斤/米3)的酚醛泡沫體。
生產低密度產品可節省材料從而降低了產品的價格，而同時可以保持其絕熱的性質。然而，該種產品具有脹大了的孔徑(例如孔徑為0.56毫米)，因而降低了它的抗壓力強度。雖然抗壓強度變小了，但是對該產品在建筑物內絕熱方面的應用無大影響。較低的密度，不僅意味著產品的制造費用少，同時也使其在例如天花板位置上的處理和安裝更為方便。
通常，A組分對B組分的比例范圍為3∶1-15∶1，而以3∶1-7∶1較好。同樣地，A組分對C組分的比例范圍為5∶1-10∶1，而5∶1-9.3∶1較好。
如果需要增加這種低密度產品之抗壓強度，建議在發泡產品內嵌加入增強劑。
通常增強劑是一些蜂窩狀結構材料(例如紙質)，玻璃微球體、粉灰以及不膨脹的聚苯乙烯顆粒。增強劑也可以加進本發明之較高密度的泡沫體內。通常這些增加劑的含量可以是產品總量之0%-35%。
蜂窩式結構材料可以制成任何需要的形狀，對此將在下文更詳細地討論。玻璃微球體通常都是空心的，目的是減輕添加物的重量。已經發現，這些增強劑在發泡混合物中分布得好的話，它們對于本發明之低密度泡沫體是非常有用的。然而，如果是按照本發明之方法制造較高密度之泡沫時，應小心避免微球體浮向發泡混合物頂部。當泡沫體的密度影響不大時，粉灰的使用比較方便。如上所述，不膨脹的聚苯乙烯顆粒也可使用，但由于它們的防火性能差，只能用作防火要求不高材料。
將混合料鑄入模底之后，可以很方便地即刻將增強劑嵌入模中。使用蜂窩式結構材料(例如紙質)時，可以將紙芯尺寸做成8英寸長或2400毫米長×1200毫米寬×1300毫米高。紙的重量可以是130-400克/米2，以200-300克/米2較好，而最好約為260克/米2。基本的方法是一樣的，但需將一稱重的蓋子是放置在蜂窩紙芯的頂部，并使泡沫體上脹并在蜂窩紙芯結構之間固化。可發現當泡沫體與包封在其中的蜂窩狀紙固化后，就可以將這種低密度之泡沫體切成薄片，同時與各種的鑲面膠合，從而大大改進了低泡沫體的抗壓強度。
這種特殊產品之優點是相當明顯的。可以將原料的成本減少50%，此外由于該蜂窩紙料可以折疊而且比較輕便，運輸方面也比較經濟方便，也為操作者提供了增強泡沫體。泡沫體成型時，蜂窩紙芯便浸漬了酚醛質的化學品，這也有助于阻緩火焰的蔓延或者是提高紙質的著火點。橫過蜂窩芯的紋面將大塊泡沫體切割成片料，然后將外部的飾面層壓在蜂窩式絕熱泡沫組合物，這種制品的抗壓強度相當高。按照本發明之第一個方面的要求所制成的泡沫體除了保留絕熱性能和其他所有的基本特性外，泡沫體對火焰的阻滯性能和防火性亦可保持。
加入增強劑的改良泡沫體已經敘述過，并不需受此限制。在許多應用中，并不需要很高的抗壓強度。一般來講，作為房屋內軟性的絕熱材料而論，通常使用玻璃纖維材料或石棉。然而，這些材料結構強度低，它們不過是一些絕緣材料而已，而且它們還有不少缺點，玻璃纖維之處理使用是令人不快的，接觸之后，其末端會折斷并會以小玻璃微粒的狀態，從皮膚的毛孔吸進血液內。這當然是極不希望的。使用玻璃纖維作絕熱材料的主要原因是因為玻璃纖維的成本低。然而，根據本發明所生產的密度約為7-10公斤/米3之改良的泡沫體，使用時則合宜得多，因為這種泡沫體沒有能使人遭受病痛及危害人類身體健康的危險的微粒。另外，低密度的改良的酚醛泡沫體可作為較常用的玻璃纖維絕熱材料的一種更經濟和適用的代用品。可以將泡沫體預先切成一定的大小，并可鑲嵌于現有的建筑物天花板托梁和筋架之間。
所以，本發明提供了一種新的泡沫體組合物及其制造方法，泡沫體在絕緣材料制造工業上有很高的價值。
權利要求
1.一種生產酚醛泡沫組合物之方法，它是由下列反應物進行反應而制成(A)含65-85%(重量)活性的酚醛樹脂固溶體之水溶液，(B)發泡劑，(C)活性的酸性硬化劑。其中(A)對(B)的組分比例為4.5∶1至9.3∶1，而(A)對(C)的組分比例為6.5∶1至7.5∶1。
2.一種生產酚醛泡沫組合物之方法，是將下列反應物進行反應而制成(A)含有重量百分數為65%至85%之活性酚醛樹脂固溶體的水溶液，在25℃時其粘度為4000-7000厘泊，pH值為6.5-7.5，比重為1.1-1.3克/厘米3，此溶液可以選擇性地包括一種表面活性劑;(B)一種發泡劑，其粘度在21℃時為700厘泊，而25℃時的密度為1.2-1.6克/厘米3;(C)一種活性酸性硬化劑，其粘度在25℃時為400厘泊，其比重為1.3-1.5克/厘米3。
3.按照權利要求
2之方法，其中(A)組分對(B)組分之比例為4.5∶1-9.3∶1而(A)組分對(C)組分之比例為6.5∶1-7.5∶1。
4.按照權利要求
1或2之一種方法，其中(A)組分對(B)組分之比例為5.2∶1，而(A)組分對(C)組分之比例為6.5∶1。
5.按照權利要求
1或2之方法，其中(1)將(A)組分加熱至40至43℃之間;(2)將(B)組分加入加熱之(A)組分中，并充分混合五分鐘;(3)隨后將(C)組分加到混合物中并充分混合，于是混合物發泡。
6.按照權利要求
1-5中之任一種方法所生產的酚醛泡沫體，其密度為5-35公斤/米3。
7.按照權利要求
6所生產的酚醛泡沫體，其密度為5-15公斤/米3。
8.一種酚醛泡沫組合物之生產方法，產品密度為5-15公斤/米3，它是將下列反應物進行反應而制成(A)含65%-85%(重量)的活性酚醛樹脂固溶體之水溶液，(B)發泡劑，(C)活性的酸性硬化劑，其中，(A)組分對(B)組分之比例為3∶1-15∶1，而(A)組分對(C)組分之比例為5∶1-10∶1。
9.按照權利要求
8之方法，其中(A)組分對(B)組分之比例為3∶1-7∶1而(A)組分對(C)組分之比例為5∶1-9.3∶1。
10.一種泡沫制品，其組成包括一種蜂窩結構的紙質以及散置在其中的酚醛泡沫體，酚醛泡沫體在其中成型，而其密度為5-35公斤/米3。
11.按照權利要求
8之方法生產的一種泡沫制品，其中，酚醛泡沫體是采用權利要求
1-5，8和9中之任一種方法來制造的。
專利摘要
一種生產酚醛泡沫組合物之方法，它是由下列反應物進行反應而制成(A)含65-85％(重量)的活性酚醛樹脂固溶體的水溶液，(B)發泡劑，(C)活性的酸性硬化劑。其中(A)對(B)的組分比例為4.5∶1至9.3∶1，而(A)對(C)的組分比例為6.5∶1至7.5∶1。
文檔編號C08J9/04GK85106389SQ85106389
公開日1987年3月25日 申請日期1985年8月26日
發明者巴里·托馬斯·布朗 申請人:英薩爾博德公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan