易降解酚醛泡沫及其製備方法
2023-06-09 18:10:46 1
專利名稱：易降解酚醛泡沫及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種高分子材料，特別是涉及一種易降解酚醛泡沫及其製備方法。
背景技術：
酚醛樹脂在發泡過程中，通過調節配方、發泡溫度、發泡劑用量等，可以生產出開孔或閉孔的酚醛泡沫。其中閉孔酚醛泡沫由於質輕、防火、低毒、高溫性能穩定、絕熱隔熱、隔音、易加工成型及較好的耐久性而廣泛的應用於工業及建築的絕熱、隔音、防火等方面。開孔酚醛泡沫(俗稱花泥)是一種親水性高分子發泡材料，具有很強的吸水與保水能力，用於鮮花、蔬菜、苗木等的運輸和保存，使用方便，性能優越。酚醛泡沫是由酚醛樹脂加入表面活性劑、發泡劑、固化劑等多種助劑，經攪拌、發泡、熟化而成的泡沫塑料，其原料的選擇和成型工藝參數的控制對泡沫的性能影響很大，是製備酚醛泡沫的關鍵。傳統的酚醛樹脂是以苯酚、甲醛為主要原料合成的，苯酚、甲醛直接或間接來源於石油化工或煤化工，隨著石油、礦產資源的緊缺，原料成本日益增長，傳統的酚醛泡沫塑料將面臨原材料價格上漲。而且，在酚醛泡沫材料廣泛應用的背後，則會產生大量的不可降解的廢棄物，因為傳統的由石化苯酚或甲醛製得的酚醛泡沫材料，難以降解，廢棄後會產生新的環境問題。
發明內容
本發明所要解決的一個技術問題是針對現有技術的不足而提供的一種易降解酚醛泡沫，將農林廢棄物在特定條件下全組份轉化為流動態，並用於替代部分石油基化工產品製備高附加值的高分子材料，一方面廢物利用，產品具有生物降解性，消除了環境汙染，另一方面降低產品生產成本，會產生巨大的社會經濟效益和生態環保效益。本發明要解決的第二個技術問題是提供上述易降解酚醛泡沫的製備方法。本發明的一個技術方案是一種易降解酚醛泡沫，它是由下列重量份數的原料經混合反應發泡製得生物質酚醛樹脂100份；表面活性劑4 8份；固化劑24 44份；發泡劑10 15份；
上述生物質酚醛樹脂是由下列重量份數的原料經混合反應發泡製得
生物質酚100份；鹼15 20份；醒90 130份冰40 75份；
上述生物質酚是由下列重量分數的原料經混合反應製得酚100份；催化劑酸3-4份；農林廢棄物25-33份。其中農林廢棄物為油茶蒲、板慄蒲、核桃蒲、棉花杆、蔗渣、稻草、麥杆、玉米杆以及木屑、竹屑等農林業生產過程中產生的剩餘物。作為優選，所述生物質酚製備過程中所述的酚為苯酚、甲酚、混甲酚、壬基酚、辛基酚、二甲酚、腰果酚、芳烷基酚、雙酚A中的一種或多種。進一步地，所述生物質酚製備過程中所述的催化劑酸為硫酸、鹽酸、磷酸、草酸、乙酸、苯磺酸的一種或多種。
進一步地，所述生物質酚醛樹脂製備過程中的鹼為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氨、碳酸鈉、碳酸氫氨、二乙醇胺、三乙醇胺的一種或多種。進一步地，所述生物質酚醛樹脂製備過程中的醛為甲醛、多聚甲醛、糠醛、乙醛中的一種或幾種。進一步地，所述表面活性劑為吐溫、矽油或吐溫與矽油的復配體系。進一步地，所述固化劑為無機酸或有機酸，無機酸為鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸中的一種或多種，有機酸為草酸、己二酸、苯磺酸、甲苯磺酸、乙酸中的一種或多種。本發明的另一個技術方案是提供上述易降解酚醛泡沫的製備方法，具體包括以下步驟
(1)生物質酚的製備按照比列將100重量份數的酚和3-4重量份數的酸性催化劑投入反應器中，均勻升溫至80 140°C，再投入25-33重量份數經乾燥粉碎的農林廢棄物，保溫60 120分鐘後，降溫、冷卻即得到生物質酚；
(2)生物質酚醛樹脂的製備將上述生物質酚100重量份、鹼15 20重量份、水40 75重量份和醛90 130重量份，混合攪拌均勻，升溫至70 80°C，反應I 2h後，降溫、卸料，得到生物質酚醛樹脂；
(3)易降解酚醛泡沫的製備將上述生物質酚醛樹脂100重量份、表面活性劑4 8重量份、固化劑24 44重量份、發泡劑10 15重量份，高速攪拌15 20s混合均勻，填入已經預熱的模具型腔中，在25-70°C的溫度下發泡I 2h，得到易降解生物質酚醛泡沫。本發明提供的開孔生物質酚醛泡沫成型後，需經氨氣燻蒸後方可使用。本發明與現有技術相比，具有以下優點 (1)本發明的生物質酚醛樹脂具有生物降解性，消除了環境汙染，其生物降解性為微生物銅綠假單胞菌和纖維素鏈黴菌培養28天後，對生物質酚醛泡沫的侵蝕率達60 80%，對市售酚醛泡沫的侵蝕率則小於10%。土壤填埋60天後，生物質酚醛泡沫的失重率大於等於30%，90天後失重率大於等於60% ；
(2)另一方面採用農林廢棄物替代部分石油基化工產品製備高附加值的高分子材料，降低產品生產成本。提高了經濟效益。具體實施方法
下面通過實施例對本發明做進一步說明，但並不影響本發明的保護範圍。對比實施例
採用市售酚醛泡沫，檢測其生物降解性能，將微生物銅綠假單胞菌和纖維素鏈黴菌培養28天後，市售酚醛泡沫的侵蝕率為10%。土壤填埋60天後，市售酚醛泡沫的失重率為
0.47%o實施例1
本發明的易降解酚醛泡沫製備方法，具體包括以下步驟
(I)生物質酚的製備
向反應釜中加入IOOg苯酚，3g硫酸，攪拌均勻，升溫至80°C，加入乾燥粉碎的竹粉33g，反應120分鐘後，冷卻至室溫即得生物質酚。(2)生物質酚醛樹脂製備
稱取上述生物質酚100g，加入20g氫氧化鈉和60g水，升溫至40°C，緩慢加入90g多聚甲醛並升溫至75°C，反應1. 5h後終止反應，得黑色生物質酚醛樹脂，粘度為4000mPa. S。(3)生物質酚醛泡沫製備
稱取生物質酚醛樹脂100g，加入4g吐溫-20，16g對甲苯磺酸和24g磷酸，12g正戊烷，高速攪拌15s，70°C發泡lh，得酚醛泡沫，所得酚醛泡沫塑料閉孔率小於10%，密度為ISKg/m3，壓縮強度為35. 14N/cm2。檢測該生物質酚醛泡沫降解性能微生物銅綠假單胞菌和纖維素鏈黴菌培養28天後對生物質酚醛泡沫的侵蝕率為70%左右，土壤填埋90天後，生物質酚醛泡沫的失重率為60%。該生物質酚醛泡沫適用於鮮花插花泥。實施例2
本發明的易降解酚醛泡沫製備方法，具體包括以下步驟
(I)生物質酚的製備
向反應釜中加入80g苯酚和20g壬基酚，2g鹽酸和2g硫酸，攪拌均勻，升溫至140°C，加入乾燥粉碎的油茶蒲25g，反應120分鐘後，冷卻至室溫即得生物質酚。( 2 )生物質酚醛樹脂製備
稱取IOOg生物質酚，加入15g氫氧化鉀，50g水，勻速升溫至50°C，緩慢加入90g甲醛溶液，勻速升溫至80°C反應2h，終止反應，得黑色生物質酚醛樹脂，粘度為5000mPa. S。
(3)生物質酚醛泡沫製備
稱取生物質酚醛樹脂100g，加入7g矽油，20g對甲苯磺酸和IOg鹽酸，15g丙烷，高速攪拌18s，70°C發泡2h，得酚醛泡沫塑料，所得酚醛泡沫塑料閉孔率大於90%，密度為29Kg/m3，壓縮強度為58. 4N/cm2。檢測該生物質酚醛泡沫降解性能微生物銅綠假單胞菌和纖維素鏈黴菌培養28天後對生物質酚醛泡沫的侵蝕率為60%，土壤填埋90天後，生物質酚醛泡沫的失重率為35%。該生物質酚醛泡沫適用於外牆保溫材料。實施例3本發明的易降解酚醛泡沫製備方法，具體包括以下步驟
(I)生物質酚的製備
向反應釜中加入IOOg混甲酹，1. 5g硫酸和2g磷酸，攪拌均勻，升溫至90°C，加入乾燥粉碎的板慄蒲28g，反應120分鐘後，冷卻至室溫即得生物質酚。(2)生物質酚醛樹脂製備
稱取IOOg生物質酚，加入19g碳酸氨，60g水，勻速升溫至50°C，緩慢加入120g糠醛溶液，勻速升溫至80°C反應2h，終止反應，得黑色生物質酚醛樹脂，粘度為3500mPa. S。(3)生物質酚醛泡沫製備
稱取生物質酚醛樹脂100g，加入2g吐溫-80和4矽油，12g對甲苯磺酸和12g硫酸，13g丙烷，高速攪拌20s，70°C發泡lh，得酚醛泡沫塑料，所得酚醛泡沫塑料閉孔率小於10%，密度為15Kg/m3，壓縮強度為48. 4N/cm2。檢測該生物質酚醛泡沫降解性能微生物銅綠假單胞菌和纖維素鏈黴菌培養28天後對生物質酚醛泡沫的侵蝕率為85%左右，土壤填埋90天後，生物質酚醛泡沫的失重率為70%。該生物質酚醛泡沫適用於鮮花插花泥。實施例4
本發明的易降解酚醛泡沫製備方法，具體包括以下步驟
(I)生物質酚的製備
向反應爸中加入IOOg苯酹和腰果酹酹的混合物,2g硫酸和1. 5g苯磺酸,攪拌均勻，升溫至135°C，加入乾燥粉碎的核桃蒲30g，反應90分鐘後，冷卻至室溫即得生物質酚。
(2)生物質酚醛樹脂製備
稱取IOOg生物質酚，加入9g氫氧化鈉和9g碳酸氨，75g水，勻速升溫至50°C，緩慢加A IOOg乙醛溶液，勻速升溫至75V反應1. 5h，終止反應，得黑色生物質酚醛樹脂，粘度為2500mPa. S。(3)生物質酚醛泡沫製備
稱取生物質酹醒樹脂IOOg,加入5g娃油,20g草酸和IOg磷酸酸,Ilg己燒,高速攪拌18s，70°C發泡1. 5h，得酚醛泡沫塑料，所得酚醛泡沫塑料閉孔率大於90%，密度為35Kg/m3，壓縮強度為68. 4N/cm2。檢測該生物質酚醛泡沫降解性能微生物銅綠假單胞菌和纖維素鏈黴菌培養28天後對生物質酚醛泡沫的侵蝕率為77%左右，土壤填埋90天後，生物質酚醛泡沫的失重率為60%。該生物質酚醛泡沫適用於外牆保溫材料。實施例5
本發明的易降解酚醛泡沫製備方法，具體包括以下步驟
(I)生物質酚的製備
向反應釜中加入IOOg苯酚的混合物，3. 5g硫酸和0. 5g草酸，攪拌均勻，升溫至110°C，加入乾燥粉碎的松木粉31g，反應120分鐘後，冷卻至室溫即得生物質酚。 (2)生物質酚醛樹脂製備
稱取IOOg生物質酚，加入18g氫氧化鉀，70g水，勻速升溫至50°C，緩慢加入IOOg多聚甲醛，勻速升溫至75°C反應2h，終止反應，得黑色生物質酚醛樹脂，粘度為2000mPa. S。(3)生物質酚醛泡沫製備`
稱取生物質酚醛樹脂100g，加入3g吐溫-80和3g矽油，15g苯磺酸和15g硝酸，12g乙烷，高速攪拌20s，70°C發泡2h，得酚醛泡沫塑料，所得酚醛泡沫塑料閉孔率小於10%，密度為28Kg/m3，壓縮強度為35. 2N/cm2。檢測該生物質酚醛泡沫降解性能微生物銅綠假單胞菌和纖維素鏈黴菌培養28天後對生物質酚醛泡沫的侵蝕率為74%左右，土壤填埋90天後，生物質酚醛泡沫的失重率為68%。該生物質酚醛泡沫適用於鮮花插花泥。
權利要求
1.一種易降解酚醛泡沫，其特徵在於，它是由下列重量份數的原料經混合反應發泡製得生物質酚醛樹脂:100份；表面活性劑4 8份；固化劑24 44份；發泡劑10 15份； 上述生物質酚醛樹脂是由下列重量份數的原料經混合反應發泡製得 生物質酚100份；鹼15 20份；醒90 130份冰40 75份； 上述生物質酚是由下列重量分數的原料經混合反應製得 酚100份；催化劑酸3-4份；農林廢棄物25-33份。
2.根據權利要求1所述的易降解酚醛泡沫，其特徵在於，所述生物質酚製備過程中所述的酚為苯酚、甲酚、混甲酚、壬基酚、辛基酚、二甲酚、腰果酚、芳烷基酚、雙酚A中的一種或多種。
3.根據權利要求1所述的易降解酚醛泡沫，其特徵在於，所述生物質酚製備過程中所述的催化劑酸為硫酸、鹽酸、磷酸、草酸、乙酸、苯磺酸的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的易降解酚醛泡沫，其特徵在於，所述生物質酚醛樹脂製備過程中的鹼為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氨、碳酸鈉、碳酸氫氨、二乙醇胺、三乙醇胺的一種或多種。
5.根據權利要求1所述的易降解酚醛泡沫，其特徵在於，所述生物質酚醛樹脂製備過程中的醛為甲醛、多聚甲醛、糠醛、乙醛中的一種或幾種。
6.根據權利要求1所述的一種易降解酚醛泡沫，其特徵在於，所述表面活性劑為吐溫、矽油或吐溫與矽油的復配體系。
7.根據權利要求1所述的一種易降解酚醛泡沫，其特徵在於，所述固化劑為無機酸或有機酸，無機酸為鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸中的一種或多種，有機酸為草酸、己二酸、苯磺酸、甲苯磺酸、乙酸中的一種或多種。
8.根據權利要求1所述的一種易降解酚醛泡沫，其特徵在於，所述發泡劑為戊烷、己燒、乙燒、丙燒中的一種或多種。
9.根據權利要求1 8所述的易降解酚醛泡沫的製備方法，其特徵在於，具體包括以下步驟 (1)生物質酚的製備按照比例將100重量份數的酚和3-4重量份數的酸性催化劑投入反應器中，均勻升溫至80 140°C，再投入25-33重量份數經乾燥粉碎的農林廢棄物，保溫60 120分鐘後，反應結束後冷卻至室溫，得到生物質酚； (2)生物質酚醛樹脂的製備將上述生物質酚100重量份、鹼15 20重量份、水40 75重量份和醛90 130重量份，混合攪拌均勻，升溫至70 80°C，反應I 2h後，降溫、卸料，得到黑色，粘度為2000-7000mPa. s，貯存時間為20-60天的生物質酚醛樹脂； (3)易降解酚醛泡沫的製備將上述生物質酚醛樹脂100重量份、表面活性劑4-8重量份、固化劑24-44重量份、發泡劑10-15重量份，高速攪拌15 20s混合均勻，填入已經預熱的模具型腔中，在25-70°C的溫度下發泡I 2h，得到易降解生物質酚醛泡沫。
全文摘要
本發明公開了一種易降解酚醛泡沫，它是由下列重量份數的原料經混合反應發泡製得生物質酚醛樹脂100份；表面活性劑4～8份；固化劑24～44份；發泡劑10～15份；上述生物質酚醛樹脂是由下列重量份數的原料經混合反應發泡製得生物質酚100份；鹼15～20份；醛90～130份；水40～75份；上述生物質酚是由下列重量分數的原料經混合反應製得酚100份；催化劑酸3-4份；農林廢棄物25-33份。本發明還公開了上述易降解酚醛泡沫的製備方法。本發明將農林廢棄物在特定條件下全組份轉化為流動態，並用於替代部分石油基化工產品製備高附加值的高分子材料，一方面廢物利用，產品具有生物降解性，消除了環境汙染，另一方面降低產品生產成本。
文檔編號C08G8/28GK103059506SQ20121056537
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月24日 優先權日2012年12月24日
發明者張金萍, 杜孟浩, 胡立松 申請人:中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所