新型kh-560改性酚醛泡沫的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了新型KH-560改性酚醛泡沫的制備方法，它包括：按甲醛/苯酚摩爾比例為1.8:1，在200rpm攪拌狀態(tài)下水浴升溫到40℃，調(diào)節(jié)pH為9-10，繼續(xù)升溫到60℃，反應(yīng)30min；加入7%的硅烷偶聯(lián)劑，再加入吐溫-80、正戊烷、50wt%硫酸，70℃發(fā)泡固化，得到的改性酚醛泡沫，機(jī)械強(qiáng)度和韌性得到顯著的增強(qiáng)，相對(duì)于純酚醛泡沫，改性酚醛泡沫的壓縮強(qiáng)度提高了37%,沖擊強(qiáng)度提高了68%,粉化率降低到1.6%，顯著增加了機(jī)械強(qiáng)度和韌性。同時(shí)，熱失重分析表明：改性酚醛樹脂泡沫的熱穩(wěn)定性僅稍微有所降低，相同溫度下的熱失重率較純酚醛泡沫減少1-3%，仍然保持優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性和良好的高阻燃性。
【專利說(shuō)明】新型KH-560改性酚醛泡沬的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬化工領(lǐng)域，具體地涉及新型KH-560改性酚醛泡沫的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]酚醛泡沫塑料是近些年發(fā)展起來(lái)的一類新型泡沫塑料，酚醛泡沫相對(duì)于聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫，在耐高溫方面有明顯優(yōu)勢(shì)，酚醛泡沫能夠在-196~200 °C溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用而不會(huì)變形和降解。酚醛泡沫還具有質(zhì)輕、隔熱、燃燒時(shí)低煙、低毒、無(wú)明顯火焰、無(wú)滴落物、熱導(dǎo)率低，隔熱性能好，優(yōu)良的電絕緣性能，耐化學(xué)腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，因此在建筑保溫、石油化工行業(yè)、航空航天器絕熱方面有廣闊的應(yīng)用前景。然而，酚醛泡沫同時(shí)又具有脆性大、韌性差、機(jī)械強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)都嚴(yán)重制約了它的應(yīng)用范圍和使用壽命。
[0003]硅烷偶聯(lián)劑是由硅氯仿(HSiCl3)和帶有反應(yīng)性基團(tuán)的不飽和烯烴在鉬氯酸催化下加成，再經(jīng)醇解而得。硅烷偶聯(lián)劑是有機(jī)硅化學(xué)中極具特色的一類化合物，其實(shí)質(zhì)上是一類具有有機(jī)官能團(tuán)的硅烷，在其分子中同時(shí)具有能和無(wú)機(jī)質(zhì)材料表面化學(xué)鍵合的硅官能團(tuán)以及與有機(jī)聚合物(樹脂等)反應(yīng)的碳官能團(tuán)，又具有易水解和縮聚的特點(diǎn)。
[0004]硅烷偶聯(lián)劑(KH560)是一種含環(huán)氧基的二甲氧基硅烷偶聯(lián)劑，由于KH-560是帶有環(huán)氧環(huán)的長(zhǎng)柔性鏈，水解產(chǎn)生長(zhǎng)柔性鏈的硅醇，同時(shí)環(huán)氧環(huán)開環(huán)產(chǎn)生羥基，所以選用KH-560改性酚醛樹脂泡沫，用長(zhǎng)柔性鏈取代了樹脂中剛性部分的亞甲基，柔性鏈增加，使樹脂大分子交聯(lián)密度降低，提高酚醛泡沫的機(jī)械性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為提高酚醛泡沫機(jī)械性，而提供一種新型KH-560改性酚醛泡沫的制備方法。
[0006]新型KH-560改性酚醛泡沫的制備方法，它包括:
1)按甲醛/苯酚摩爾比例為1.8:1，在200rpm攪拌狀態(tài)下水浴升溫到40°C，用20% NaOH調(diào)節(jié)PH為9-10，繼續(xù)升溫到60°C，反應(yīng)30min ；
2)加入相對(duì)反應(yīng)苯酚質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-9%的硅烷偶聯(lián)劑KH-560，再以2V/min的升溫速率升溫到95°C，反應(yīng)50min ;反應(yīng)完成后迅速冷卻；用6mol/L的鹽酸中和pH為7 ;利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸餾到黏度為4000-6000Cp，即得改性酚醛樹脂；
3)按每100ml改性酚醛樹脂，先后加入吐溫-80:4ml、正戊烷:8_10ml、50%硫酸:3ml，迅速攪拌均勻，倒入模具中，70 1:發(fā)泡固化，即得改性酚醛泡沫；
所述的加入硅烷偶聯(lián)劑KH-560質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-9% ；
所述的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%。
[0007] 本發(fā)明提供了新型KH-560改性酚醛泡沫的制備方法，它包括:按甲醛/苯酚摩爾比例為1.8: 1，在200rpm攪拌狀態(tài)下水浴升溫到40°C，加入20% NaOH,調(diào)節(jié)pH為9_10，繼續(xù)升溫到60 °C，反應(yīng)30min ;加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的硅烷偶聯(lián)劑(KH-560)，再加入吐溫-80、正戊烷、硫酸，70 1:發(fā)泡固化，得到的改性酚醛泡沫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加硅烷偶聯(lián)劑(KH-560)制備的酚醛泡沫機(jī)械強(qiáng)度和韌性得到顯著的增強(qiáng)，相對(duì)于純酚醛泡沫，改性酚醛泡沫的壓縮強(qiáng)度提高了 37%，沖擊強(qiáng)度提高了 68%，粉化率降低到1.6%，顯著增加了機(jī)械強(qiáng)度和韌性。同時(shí)，熱失重分析表明:改性酚醛樹脂泡沫的熱穩(wěn)定性僅稍微有所降低，相同溫度下的熱失重率較純酚醛泡沫減少1_3%，仍然保持優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性和良好的高阻燃性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1不同KH-560添加量酚醛泡沫的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；
圖2不同KH-560添加量改性泡沫的沖擊強(qiáng)度；
圖3不同KH-560含量對(duì)酚醛泡沫氧指數(shù)的影響；
圖4酚醛泡沫的SEM分析:a、b純酚醛泡沫和c、d改性泡沫(KH-560添加量7%wt)；
圖5不同添加量的KH-560改性酚醛泡沫的TG分析曲線；
圖6為不同含量KH-560對(duì)酚醛泡沫粉化率的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0009]實(shí)施例1新型KH-560改性酚醛泡沫 1、改性酚醛樹脂的制備
1)在2000ml裝有攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)的三口圓底燒瓶中加入甲醛/苯酚摩爾比例為1.8:1，甲醛為270ML，苯酚為180ML，在200rpm攪拌狀態(tài)下水浴升溫到40°C，加入20%(wt)的NaOH約20 ML調(diào)節(jié)pH為9-10,繼續(xù)升溫到60°C，反應(yīng)30min ；
2)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%，3%，5%，7%，9%，11%硅烷偶聯(lián)劑KH-560(質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)于參加反應(yīng)苯酚的質(zhì)量，苯酚質(zhì)量為190g，相對(duì)密度1.0576 )，再以2°C /min的升溫速率升溫到95°C，反應(yīng)50min ;反應(yīng)完成后迅速冷卻；用6mol/L的鹽酸中和pH為7左右。然后利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸餾到黏度為4000-6000Cp，即得改性酚醛樹脂。
[0010]2、改性酚醛泡沫的制備
用塑料燒杯稱取100改性樹脂，按一定質(zhì)量比先后加入吐溫-80:4ml、正戊烷:8-10ml、硫酸(50% wt):3ml,迅速攪拌均勻,倒入模具中，放入70。(!'的電熱恒溫箱中發(fā)泡固化，即得改性酚醛泡沫。
[0011]實(shí)施例2不同硅烷偶聯(lián)劑KH-560含量對(duì)酚醛泡沫性能影響
1、壓縮性測(cè)試
從壓縮強(qiáng)度的變化表明，KH-560添加量為1%時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)了一定提高，當(dāng)KH-560添加量為5%時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線增加明顯，在KH-560添加量為7%時(shí)，壓縮強(qiáng)度達(dá)到最大，相對(duì)于純酚醛泡沫增加37%，當(dāng)添加量為9%和11%時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線開始下降。因?yàn)殡S著KH-560含量的增加壓縮強(qiáng)度并沒(méi)有增加，反而出現(xiàn)了下降的趨勢(shì)。圖1是不同KH-560添加量酚醛泡沫的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
[0012]2、沖擊性能測(cè)試
沖擊強(qiáng)度是評(píng)價(jià)材料的抗沖擊能力或判斷材料的脆性和韌性程度的一項(xiàng)重要參數(shù)。在酚醛泡沫材料的應(yīng)用中，抗沖擊性能決定了材料的使用壽命和應(yīng)用領(lǐng)域。圖2為不同含量KH-560改性酚醛泡沫沖擊強(qiáng)度的變化情況?？梢钥闯?，偶聯(lián)劑的添加能顯著增加泡沫的抗沖擊能力，在KH-560添加量為7%時(shí)，沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值，相對(duì)于純酚醛泡沫增加了 68%。隨著偶聯(lián)劑加入量的繼續(xù)增加，泡沫的沖擊強(qiáng)度出現(xiàn)了下降的趨勢(shì)，但仍然要高于純酚醛泡沫的沖擊強(qiáng)度。
[0013]3、氧指數(shù)測(cè)定
不同KH-560含量對(duì)酚醛泡沫氧指數(shù)的影響，從圖3可以看出KH-560的加入使泡沫的熱穩(wěn)定性增加，加入偶聯(lián)劑后酚醛泡沫的氧指數(shù)只是稍微增加，從39.6%增加到41%變化幅度不太顯著。酚醛樹脂在發(fā)泡固化過(guò)程中形成交聯(lián)的蜂巢網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，因?yàn)楹蠸1-O-C鍵硅的存在而使泡沫的阻燃性有所升高，上圖數(shù)據(jù)顯示當(dāng)偶聯(lián)劑含量7%時(shí)，酚醛泡沫的氧指數(shù)達(dá)到最大值41%。添加的KH-560作為改性劑保持了酚醛泡沫的高阻燃性。
[0014]4、純酚醛泡沫和改性酚醛泡沫的SEM檢測(cè)
為純酚醛泡沫和改性酚醛泡沫的結(jié)構(gòu)。從圖4圖a，b純酚醛泡沫結(jié)構(gòu)，可以看出泡沫的微觀形態(tài)呈現(xiàn)為蜂窩狀，泡孔直徑大小不一，開孔率較高，而在圖c、d中我們可以看出，KH-560的添加對(duì)泡沫的結(jié)構(gòu)有較大影響，使泡孔具有良好的均勻性，泡孔的形狀為近似六邊形，泡孔直徑在IOOym左右，具有極高的閉孔率。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了:硅烷偶聯(lián)劑(KH-560)的結(jié)構(gòu)很好的融入到了樹脂中，在發(fā)泡過(guò)程中對(duì)泡孔的生成和生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，使泡沫具有良好的均一性和極好的閉孔率，這也解釋了為什么泡沫具有優(yōu)異的壓縮性能和沖擊性能等機(jī)械性能。
[0015]5、熱穩(wěn)定性測(cè)試 圖5為不同添加量的KH-560改性酚醛泡沫的熱失重分析曲線，如圖所示改性酚醛泡沫的熱失重曲線和純酚醛泡沫熱失重程度相近似，在370°C開始快速熱重，在530°C時(shí)泡沫的殘?zhí)苛炕静蛔儯瑥姆糯髨D可以看出，改性泡沫的熱失重曲線略低于純酚醛泡沫，但變化不明顯，說(shuō)明改性酚醛泡沫基本上保持了高阻燃性和熱穩(wěn)定性。
[0016]6、粉化率測(cè)試
圖6為不同含量KH-560對(duì)酚醛泡沫粉化率的影響，隨著KH-560含量的增加，KH-560改性酚醛泡沫的粉化率呈現(xiàn)了線性下降。5 wt%KH-560酚醛泡沫展現(xiàn)最小粉化率(1.6%)。研究結(jié)果表明，添加KH-560能顯著減少酚醛泡沫的脆性，而大大增加酚醛泡沫的韌性。KH-560改性酚醛泡沫的粉化率隨著KH-560含量的增加顯示了一個(gè)線性下降，達(dá)到一定量就基本保持不變。
[0017]7、改性酚醛泡沫密度測(cè)試
所得改性酚醛泡沫的密度為45±5 Kg/m3。
【權(quán)利要求】
1.新型KH-560改性酚醛泡沫的制備方法，它包括: 1)按甲醛/苯酚摩爾比例為1.8:1，在200rpm攪拌狀態(tài)下水浴升溫到40°C，用20% NaOH調(diào)節(jié)PH為9-10，繼續(xù)升溫到60°C，反應(yīng)30min ； 2)加入相對(duì)反應(yīng)苯酚質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-9%的硅烷偶聯(lián)劑KH-560，再以2V/min的升溫速率升溫到95°C，反應(yīng)50min ;反應(yīng)完成后迅速冷卻；用6mol/L的鹽酸中和pH為7 ;利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸餾到黏度為4000-6000Cp，即得改性酚醛樹脂；
3)按每100ml改性酚醛樹脂，先后加入吐溫-80:4ml、正戊烷:8_10ml、50%硫酸:3ml，迅速攪拌均勻，倒入模具中，70 °C發(fā)泡固化，即得改性酚醛泡沫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型KH-560改性酚醛泡沫的制備方法，其特征在于:所述的加入硅烷偶聯(lián)劑KH-560質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-9%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型KH-560改性酚醛泡沫的制備方法，其特征在于:所述的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%。
【文檔編號(hào)】C08J9/14GK104004216SQ201410265110
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】李東風(fēng), 崔旭 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)