無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料及制備方法，包括多層酚醛泡沫板，相鄰兩層酚醛泡沫板之間涂有無機納米涂層。能有效改善酚醛泡沫外墻保溫板在隔熱、阻燃、強度等幾個方面的性能。
【專利說明】無機納米涂層與酚醛泡沬交替復合的保溫阻燃材料及制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種保溫材料制備技術，尤其涉及一種無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料及制備方法。
【背景技術】
[0002]目前，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，高層建筑物越來越多，對人們所居住的建筑物而言，防火安全問題始終應該列于首位。而建筑節(jié)能環(huán)保同樣是社會可持續(xù)發(fā)展所面臨的一項重要任務，因此，大量的無機或有機建筑保溫材料廣泛應用于建筑物的外墻結構。
[0003]現(xiàn)有技術中，傳統(tǒng)的保溫材料，如聚苯乙烯(PS)和聚氨酯(PU)泡沫等，雖然有較好的保溫隔熱性能，但是在阻燃方面的性能非常不好，耐熱性差，易燃燒，且在燃燒過程中還會產(chǎn)生對環(huán)境和人類都具有巨大危害的有毒氣體等缺點，這些因素很大程度上限制了其在建筑物外墻保溫材料領域的應用。鑒于此，阻燃性能優(yōu)越的酚醛泡沫(PF)保溫材料應運而生。
[0004]酚醛泡沫是一種新型不燃、防火低煙保溫材料，它是由甲階酚醛樹脂加入發(fā)泡劑、固化劑及其它助劑制成的閉孔硬質泡沫塑料。作為一種新型的泡沫材料，基于其獨特的材質和結構，展現(xiàn)出耐熱、難燃、離火自熄、耐火焰穿透、無滴落物質和防止火災蔓延等性能優(yōu)點，使人們認識到其在高層建筑、高溫隔熱、超低溫保冷領域具有的重要使用價值。
[0005]然而，酚醛泡沫也有一些自身的缺點，例如，酚醛泡沫內部具有很多球形或不定形的孔隙，這使得其脆性大，易粉化掉渣等。因此目前大多數(shù)工作致力于增強酚醛泡沫的韌性，通過在其中混入韌性很強的彈性體(如橡膠、聚乙二醇等助劑)來達到。也有在其中加入無機粉體填料(如碳酸鈣等)以改善其脆性并降低導熱率(例如，申請?zhí)枮?00680041777.6的中國專利)，但是效果都不甚明顯。而且與現(xiàn)行市場常用的保溫材料相比較，酚醛泡沫的價格較為昂貴，導熱系數(shù)依然偏高(約為0.025ff/(m.k))，阻燃效果并不是很好，等級一般為BI級。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種隔熱和阻燃性能好的無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料及制備方法。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明的無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料，包括多層酚醛泡沫板，相鄰兩層酚醛泡沫板之間涂有無機納米涂層。
[0009]本發(fā)明的上述的無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料制備方法，包括步驟:
[0010]A、制作第一層酚醛泡沫板；
[0011]B、在第一層酚醛泡沫板表面噴涂無機納米涂層[0012]C、噴涂完畢后，原位再發(fā)泡制作第二層酚醛泡沫板，形成交替復合結構；
[0013]D、根據(jù)實際需要，重復步驟B、C，獲得無機納米涂層與酚醛泡沫多層交替復合結構的保溫阻燃板。
[0014]由上述本發(fā)明提供的技術方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料及制備方法，由于包括多層酚醛泡沫板，相鄰兩層酚醛泡沫板之間涂有無機納米涂層，能有效改善酚醛泡沫外墻保溫板在隔熱、阻燃、強度等幾個方面的性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1a為現(xiàn)有技術中酚醛泡沫保溫板的隔熱性能示意圖；
[0016]圖1b為本發(fā)明實施例中無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料的隔熱性能不意圖；
[0017]圖1c為圖1b的細部顯微放大示意圖；
[0018]圖2a為本發(fā)明實施例中無機納米材料涂層的阻燃過程示意圖；
[0019]圖2b為本發(fā)明實施例中無機納米材料涂層的紅外反射隔熱過程示意圖；
圖3a、圖3b分別為本發(fā)明實施例制備的無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料實物結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面將對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。
[0021]本發(fā)明的無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料，其較佳的【具體實施方式】是:
[0022]包括多層酚醛泡沫板，相鄰兩層酚醛泡沫板之間涂有無機納米涂層。
[0023]所述無機納米涂層的材料選擇以下任一種或多種:
[0024]SiO2, ZrO2、蒙脫土、碳材料、硅藻土、滑石粉、ATO粉。
[0025]所述碳材料選擇以下任一種或多種:
[0026]石墨、碳納米管、石墨烯。
[0027]本發(fā)明中上述的無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料制備方法，其較佳的【具體實施方式】是:
[0028]包括步驟:
[0029]A、制作第一層酚醛泡沫板；
[0030]B、在第一層酚醛泡沫板表面噴涂無機納米涂層；
[0031]C、噴涂完畢后，在噴涂的無機納米涂層表面發(fā)泡制作第二層酚醛泡沫板，形成交替復合結構；
[0032]D、根據(jù)實際需要，重復步驟B、C，獲得無機納米涂層與酚醛泡沫多層交替復合結構的保溫阻燃板。
[0033]所述步驟A包括:
[0034]以甲醛和/或苯酚為原料，以氫氧化鋇或氫氧化鈉溶液作為催化劑，制備甲階酚醛樹脂；
[0035]采用吐溫1292或乳化劑0P-10作為表面活性劑、正戊烷或異戊烷作為發(fā)泡劑、對甲苯磺酸水溶液和磷酸復合體系作為固化劑，對所述甲階酚醛樹脂發(fā)泡，制得酚醛泡沫塊體；
[0036]所述甲階酚醛樹脂制備過程中，采用尿素、聚乙二醇、聚乙烯醇縮甲醛和/或單體尼龍6對所述甲階酚醛樹脂進行增韌改性。
[0037]所述步驟B包括:
[0038]將無機納米材料粉體均勻分散于偶聯(lián)劑中，在所述酚醛泡沫板表面進行噴涂。
[0039]所述步驟C包括:
[0040]在無機納米涂層的表面重復步驟A方案，獲得第二層酚醛泡沫。
[0041 ] 所述步驟D包括:
[0042]重復步驟B、C方案。
[0043]本發(fā)明的無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料及制備方法，采用無機材料與酚醛泡沫交替復合的層狀結構(如ABABAB…)制備新型的外墻保溫材料?，F(xiàn)有技術中的酚醛泡沫的制備工藝已經(jīng)成熟，一般是由甲階酚醛樹脂在發(fā)泡劑、固化劑、表面活性劑等助劑的存在下，經(jīng)過適宜的條件發(fā)泡而成，其密度可通過發(fā)泡劑的加入量來調節(jié)。而無機材料涂層由尺寸分布均勻的微米/納米顆粒組成，能有效堵塞酚醛泡沫的孔隙，阻礙空氣對流傳熱，提升酚醛泡沫板材的保溫效果。無機材料涂層多采用離子、原子化合物及單質如碳基納米材料，作為隔熱介質具有較高熔點、紅外反射和屏蔽等特性，從而降低保溫板材的熱傳導，進一步提高阻燃隔熱性能。此外，無機復合涂層一般具有較高的力學強度，能同時提高保溫板材特定取向的力學性能。因此，無機材料/酚醛泡沫交替復合層狀結構能有效改善酚醛泡沫外墻保溫板在隔熱、阻燃、強度幾個方面的性能。而且，針對任何配方制備的酚醛泡沫均能使用，具有非常高的普適性，為拓展酚醛泡沫在外墻保溫材料方面的應用起到至關重要的作用。
[0044]具體實施例:
[0045]酚醛泡沫保溫板的制備過程:
[0046]以甲醛/苯酚為原料，氫氧化鋇(或氫氧化鈉)溶液作為催化劑，制備甲階酚醛樹月旨。對甲階酚醛樹脂發(fā)泡，采用吐溫(1292)或乳化劑0P-10作為表面活性劑，正戊烷或異戊烷作為發(fā)泡劑，對甲苯磺酸水溶液和磷酸復合體系作為固化劑。經(jīng)過發(fā)泡，便可制得酚醛泡沫。在甲階酚醛樹脂合成過程中，亦可采用尿素、聚乙二醇、聚乙烯醇縮甲醛、單體尼龍6對甲階酚醛樹脂進行增韌改性。本發(fā)明所用的甲階酚醛樹脂的合成不限于以上所述配方，適用于任何配方所得到的甲階酚醛樹脂。發(fā)泡過程中所用的助劑也不限于以上幾種。
[0047]實際工業(yè)生產(chǎn)得到的酚醛泡沫是一個很大的塊材，需要切割成板材以待使用。在切割的過程中，酚醛泡沫的孔隙會在切割面上暴露出來，這就導致了閉孔率的下降，因此需要提高酚醛泡沫表面的閉孔率。而無機納米材料涂層的存在恰恰改善了這一缺陷。
[0048]如圖la、圖1b所示，由于無機納米材料涂層的存在，酚醛泡沫的孔隙被堵塞，阻礙了熱量通過空氣對流的傳輸過程，從而有效改善了酚醛泡沫的保溫隔熱效果，降低整體的導熱系數(shù)?；跓o機納米涂層/酚醛泡沫交替復合層狀結構在保溫隔熱方面帶來的性能改善，我們完全可以在保證同等隔熱性能的同時，減少酚醛泡沫復合板材的厚度，從而減少酚醛泡沫的用量，達到降低成本的目的。并由于降低醛泡沫保溫板的厚度，為外墻建筑施工帶來便利。[0049]無機納米材料涂層與酚醛泡沫層間交替復合的方法是:
[0050]將合適的微米/納米無機粉體(Si02、ZrO2、碳材料、蒙脫土、硅藻土、滑石粉、ATO粉等)均勻分散于偶聯(lián)劑中，在酚醛泡沫板表面進行噴涂。噴涂過程中，無機材料便可進入酚醛泡沫表面的孔隙(如圖1c所示)，從而在原有基礎上，進一步提高酚醛泡沫的閉孔率，阻止空氣流通而改善阻燃、隔熱性能。噴涂完畢將上下兩層酚醛泡沫板壓合在一起，待溶劑干燥，便得到層狀復合結構的酚醛泡沫保溫板。
[0051]此外，由于無機納米涂層采用的是離子、原子化合物及單質，熔點很高，因此，如果發(fā)生火災，無機材料涂層還能有效防止火勢蔓延，提高了酚醛泡沫保溫板的阻燃性能(如圖2a所示)。
[0052]根據(jù)所選擇的無機納米材料涂層的種類不同，還可以展現(xiàn)出其他的特性，比如反射紅外熱輻射，因此合成的無機材料涂層與酚醛泡沫交替復合層狀結構的保溫板還有紅外反射特性，這能夠進一步提升其保溫隔熱性能(如圖2b所示)。
[0053]本設計的獨特之處在于:無論采用何種配方發(fā)泡的酚醛泡沫均能采用這種交替復合層狀結構，通用性很強；而且無機涂層材料的選擇范圍寬，成本低，例如Si02、ZrO2、蒙脫土、碳材料(石墨、碳納米管、石墨烯)、硅藻土、滑石粉、ATO粉(納米氧化銻錫粉)等均可。無機材料涂層中顆粒的尺寸可根據(jù)酚醛泡沫的孔隙進行調整，能滿足多種特定的工程條件需求。
[0054]如圖3a、圖3b所示，是根據(jù)本發(fā)明設計合成的納米ATO粉涂層/酚醛泡沫交替復合結構保溫板的樣品，可以發(fā)現(xiàn)明顯的分層結構，但無機材料涂層的出現(xiàn)并沒有影響酚醛泡沫板的整體結構，其力學性能、熱穩(wěn)定性能等都取決于所選取的酚醛泡沫本身。但是這種獨特的交替復合結構卻能夠有效地改善無機材料與酚醛泡沫交替復合結構保溫板的保溫隔熱以及耐溫阻燃功能，并有效降低其生產(chǎn)成本。這極大地拓展了酚醛泡沫的應用前景，為使其成為市場上外墻保溫板材料的主流產(chǎn)品起到了積極的推動作用。
[0055]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料，其特征在于，包括多層酚醛泡沫板，相鄰兩層酚醛泡沫板之間涂有無機納米涂層。
2.根據(jù)權利要求1所述的無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料，其特征在于，所述無機納米涂層的材料選擇以下任一種或多種: SiO2、ZrO2、蒙脫土、碳材料、硅藻土、滑石粉、ATO粉。
3.根據(jù)權利要求2所述的無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料，其特征在于，所述碳材料選擇以下任一種或多種: 石墨、碳納米管、石墨烯。
4.一種權利要求1、2或3所述的無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料的制備方法，其特征在于，包括步驟: A、制作第一層酚醛泡沫板； B、在第一層酚醛泡沫板表面噴涂無機納米涂層； C、噴涂完畢后，在噴涂的無機納米涂層表面發(fā)泡制作第二層酚醛泡沫板，形成交替復合結構； D、根據(jù)實際需要，重復步驟B、C，獲得無機納米涂層與酚醛泡沫多層交替復合結構的保溫阻燃板。
5.根據(jù)權利要求4所述的無機納米涂層與酚醛泡沫交替復合的保溫阻燃材料的制備方法，其特征在于，所述步驟B包括: 將無機納米材料粉體均勻分散于偶聯(lián)劑中，在所述酚醛泡沫板表面進行噴涂。
【文檔編號】B32B27/42GK103921515SQ201410036200
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權日:2014年1月24日
【發(fā)明者】梁長浩, 劉俊, 王盼盼, 汪路 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院