本發(fā)明屬于建筑外墻保溫材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種工業(yè)廢料增強(qiáng)增韌酚醛泡沫保溫板及其制備方法。

背景技術(shù)：

目前建筑外墻的保溫材料常用EPS、XPS聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、玻璃棉和礦物棉等保溫板材，聚苯乙烯泡沫和聚氨酯泡沫易燃，無機(jī)巖棉保溫效果差、易吸潮腐爛，這些缺點(diǎn)極大地制約了它們作為建筑外墻保溫材料的應(yīng)用。因此尋找一種新型的、性能優(yōu)異的建筑外墻保溫材料迫在眉睫。

酚醛泡沫作為新一代的保溫材料，具有自重輕、發(fā)煙率低、加工簡便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在土木建筑、石油化工以及航空航天等領(lǐng)域。但是酚醛樹脂中含有大量的剛性苯環(huán)結(jié)構(gòu)，特別是苯環(huán)上的酚羥基和亞甲基容易氧化，導(dǎo)致酚醛泡沫韌性和機(jī)械性能差，質(zhì)脆且易掉渣。再加上酚醛泡沫作為建筑外墻保溫材料的阻燃性能和絕熱性能均不達(dá)標(biāo)，極大地制約著其在現(xiàn)實(shí)工程中的應(yīng)用。因此，人們一直在積極尋找酚醛泡沫改性的方法。如專利申請?zhí)枮?01410341475.7、201010599952.1等專利中介紹的有關(guān)改性酚醛泡沫產(chǎn)品，雖然產(chǎn)品在強(qiáng)度和阻燃性能方面有所提高，但仍達(dá)不到建筑外墻保溫材料的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，且生產(chǎn)成本較高。

近年來，工業(yè)廢棄物鐵赤泥改性酚醛泡沫的研究已得到越來越多的關(guān)注。鐵赤泥是生產(chǎn)氧化鋁過程中產(chǎn)生的廢棄物，每生產(chǎn)1噸氧化鋁大約會產(chǎn)生0.8~1.8噸鐵赤泥。世界上每年產(chǎn)生的鐵赤泥廢棄物數(shù)目龐大，堆積成山，我國每年產(chǎn)生大約600萬噸鐵赤泥，對環(huán)境產(chǎn)生非常嚴(yán)重的污染。鐵赤泥的主要組份比較復(fù)雜，含有方鈉石、硅酸二鈣、鈣鈦礦石和赤鐵礦等，如果將其作為填料加入到酚醛泡沫中，會使酚醛泡沫的機(jī)械性能、阻燃性能和絕熱性能得到明顯地提高。

由于鐵赤泥的成分比較復(fù)雜且為無機(jī)組分，為了增大鐵赤泥在酚醛樹脂中的分散和用量，用球磨機(jī)將鐵赤泥研磨成粒徑為1~1.5 μm的極細(xì)顆粒，并用偶聯(lián)劑對其表面功能化。在酚醛樹脂固化過程中功能化鐵赤泥與酚醛樹脂形成化學(xué)鍵，提高了兩者間的結(jié)合力，增強(qiáng)了酚醛泡沫的強(qiáng)度和阻燃性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了提高現(xiàn)有酚醛泡沫保溫板的機(jī)械性能、阻燃性能和絕熱性能，本發(fā)明提供了一種工業(yè)廢料增強(qiáng)增韌酚醛泡沫保溫板的制備方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

鐵赤泥預(yù)處理：將干燥后的鐵赤泥用球磨機(jī)研磨成粒徑為1~1.5 μm的極細(xì)顆粒。

鐵赤泥的表面功能化：將適量鐵赤泥和95%的乙醇水溶液加到四口燒瓶中混合均勻，超聲振蕩120 min，然后加入適量硅烷偶聯(lián)劑后超聲振蕩60 min，最后放在75℃水浴恒溫6 h，取出，抽濾，洗滌，80℃干燥，研磨后過10000目網(wǎng)篩，得到表面功能化的鐵赤泥。

混合物A的制備：常溫下，將酚醛樹脂、功能化鐵赤泥、表面活性劑和發(fā)泡劑混合均勻，得到混合物A。

預(yù)浸料B的制備：將固化劑加入到混合物A中攪拌均勻后倒入一定形狀的模具中，將模具放入烘箱，在50~60℃的環(huán)境下進(jìn)行酚醛樹脂的預(yù)固化，得到預(yù)浸料B。

工業(yè)廢料增強(qiáng)增韌酚醛泡沫保溫板的制備：將所得預(yù)浸料B放入模壓機(jī)上，在0.3 MPa壓力下，70~80℃溫度環(huán)境下保持5 min，即可完成整個發(fā)泡流程，制得工業(yè)廢料增強(qiáng)增韌酚醛泡沫保溫板。

一種工業(yè)廢料增強(qiáng)增韌酚醛泡沫保溫板，按重量份數(shù)計算，包括以下原料。

酚醛樹脂100份、表面活性劑3~7份、發(fā)泡劑4~8份、固化劑5~20份、功能化鐵赤泥10~15份。

進(jìn)一步，本發(fā)明所用的偶聯(lián)劑是工業(yè)品，它是50%的甲醇和50%的硅烷偶聯(lián)劑的混合液。偶聯(lián)劑分子兩端各含有一個反應(yīng)基團(tuán)，一端可以與無機(jī)物表面上的羥基反應(yīng)，一端可以與有機(jī)物反應(yīng)，從而形成無機(jī)物-偶聯(lián)劑-有機(jī)物這種結(jié)構(gòu)，將有機(jī)物與無機(jī)物通過化學(xué)鍵連接到一起，提高二者之間的結(jié)合力。

進(jìn)一步，所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑A1160、A171和KH550中的一種或幾種，其用量是鐵赤泥質(zhì)量的1%~5%。

進(jìn)一步，所述的表面活性劑為吐溫80、吐溫60、吐溫40中的一種或幾種。

進(jìn)一步，所述的發(fā)泡劑為正戊烷、異戊烷、環(huán)戊烷中的一種或幾種。

進(jìn)一步，所述的固化劑由鹽酸與磷酸按3∶1的質(zhì)量比配制得到。

上述的酚醛樹脂、偶聯(lián)劑等發(fā)泡原料均為市售的本領(lǐng)域常規(guī)材料，酚醛樹脂發(fā)泡原材料的配比和工藝按現(xiàn)有文獻(xiàn)中常用的生產(chǎn)工藝進(jìn)行。

本發(fā)明的有益效果。

1、本發(fā)明所制備酚醛泡沫保溫板的表觀密度為40~50 kg/m³，密度小，但強(qiáng)度高，既減輕了自重，又節(jié)省了成本。

2、通過加入功能化鐵赤泥，本發(fā)明的增強(qiáng)增韌酚醛泡沫保溫板的機(jī)械性能、阻燃性能和絕熱性能均得到明顯地提高，完全符合建筑外墻保溫材料的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

3、本發(fā)明的增強(qiáng)增韌酚醛泡沫保溫板的拉拔強(qiáng)度為0.17~0.19 MPa，抗沖擊強(qiáng)度為0.211~0.226 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.0235~0.0265 W/(m·K)，氧指數(shù)為50%~52%。

附圖說明

圖1是鐵赤泥表面功能化示意圖；

圖2是功能化鐵赤泥與酚醛樹脂反應(yīng)示意圖；

圖3是功能化鐵赤泥增強(qiáng)增韌酚醛泡沫的微觀結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

常溫下，將12份功能化鐵赤泥、3份吐溫60和7份正戊烷加入到100份酚醛樹脂中，高速攪拌5 min，攪拌速度為1000 r/min，再加入10份固化劑，繼續(xù)攪拌1 min后倒入一定形狀的模具中，將模具放入烘箱中，在60℃的環(huán)境下進(jìn)行酚醛樹脂的預(yù)固化，同時除去部分揮發(fā)組分及多余溶劑，得到預(yù)浸料；將所得預(yù)浸料放入模壓機(jī)上，在0.3 MPa壓力下，80℃溫度環(huán)境下保持5 min，即可完成整個發(fā)泡流程，得到功能化鐵赤泥增強(qiáng)增韌酚醛泡沫保溫板。

實(shí)施例2。

常溫下，將13份功能化鐵赤泥、4份吐溫80和7份正戊烷加入到100份酚醛樹脂中，高速攪拌5 min，攪拌速度為1000 r/min，再加入15份固化劑，繼續(xù)攪拌1 min后倒入一定形狀的模具中，將模具放入烘箱中，在50℃的環(huán)境下進(jìn)行酚醛樹脂的預(yù)固化，同時除去部分揮發(fā)組分及多余溶劑，得到預(yù)浸料；將所得預(yù)浸料放入模壓機(jī)上，在0.3 MPa壓力下，70℃溫度環(huán)境下保持5 min，即可完成整個發(fā)泡流程，得到功能化鐵赤泥增強(qiáng)增韌酚醛泡沫保溫板。

實(shí)施例3。

常溫下，將14份功能化鐵赤泥、5份吐溫80和8份異戊烷加入到100份酚醛樹脂中，高速攪拌5 min，攪拌速度為1000 r/min，再加入18份固化劑，繼續(xù)攪拌1min后倒入一定形狀的模具中；將模具放入烘箱中，在50℃的環(huán)境下進(jìn)行酚醛樹脂的預(yù)固化，同時除去部分揮發(fā)組分及多余溶劑，得到預(yù)浸料；將所得預(yù)浸料放入模壓機(jī)上，在0.3 MPa壓力下，80℃溫度環(huán)境下保持5 min，即可完成整個發(fā)泡流程，得到功能化鐵赤泥增強(qiáng)增韌酚醛泡沫保溫板。

實(shí)施例4。

常溫下，將13份功能化鐵赤泥、4份吐溫80和7份正戊烷加入到100份酚醛樹脂中，高速攪拌5 min，攪拌速度為1000 r/min，再加入20份固化劑，繼續(xù)攪拌1min后倒入一定形狀的模具中；將模具放入烘箱中，在60℃的環(huán)境下進(jìn)行酚醛樹脂的預(yù)固化，同時除去部分揮發(fā)組分及多余溶劑，得到預(yù)浸料；將所得預(yù)浸料放入模壓機(jī)上，在0.3 MPa壓力下，70℃溫度環(huán)境下保持5 min，即可完成整個發(fā)泡流程，得到功能化鐵赤泥增強(qiáng)增韌酚醛泡沫保溫板。

實(shí)施例5。

將實(shí)施例1~4制備得到的保溫板進(jìn)行性能檢測，結(jié)果見表1。

表1

。

注：

1. 表觀密度測試標(biāo)準(zhǔn)ASTM D1622-2008；

2. 拉拔強(qiáng)度測試標(biāo)準(zhǔn)GB9641-88；

3. 抗沖擊強(qiáng)度測試標(biāo)準(zhǔn)GB11548-89；

4. 導(dǎo)熱系數(shù)測試標(biāo)準(zhǔn)GB/T10295-2008；

5. 氧指數(shù)測試標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2406-1993。