一種微膠囊發泡的密胺泡沫材料及其製備方法與流程
2023-05-13 07:04:41 2
本發明屬於泡沫材料技術領域，具體涉及一種微膠囊發泡的密胺泡沫材料及其製備方法。
背景技術：
密胺泡沫是一種熱固性的高分子材料，其具有良好的耐熱性、耐溶劑性、電性能及機械強度，並具有離火自熄、燃燒時無熔滴滴落等優良的阻燃性能。密胺泡沫的這些優良性能使得其在各個行業和領域的應用都十分廣泛，逐漸替代了現有的其他泡沫材料。但是使用機械發泡法，或是使用傳統的物理髮泡劑、化學發泡劑所製備的密胺泡沫存在著各種各樣的性能缺陷，如泡沫材料的各部分泡孔結構不均勻，從而導致各部分性能不均一；其開孔率高，從而導致泡沫的導熱性好，保溫性能差；其泡孔分布不均勻，容易產生應力集中點，使得壓縮強度較小；泡沫泡孔較大，在燃燒時難以形成緻密的保護性碳層，其氧指數（OI）一般在32%以下。
微膠囊發泡劑是一類新型的發泡劑，其壁材由天然或人工合成的聚合物所組成，芯材由各類有機化合物、水或水溶液所組成。受熱時，其體積可迅速膨脹增大到原來的幾十倍，從而達到發泡效果。微膠囊在適宜的溫度範圍內可以維持其膨脹狀態不破裂，從而改善泡沫材料的泡孔結構，提高泡沫的閉孔率和均勻程度。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種微膠囊發泡的密胺泡沫材料及其製備方法。
一種微膠囊發泡的密胺泡沫材料以密胺樹脂預聚物進行微膠囊發泡製得，所用微膠囊發泡劑為壁材帶有羥基的微膠囊發泡劑；所述密胺泡沫材料的閉孔率為96%以上、導熱係數低於0.028 W/m·K、壓縮強度達到180kPa以上、阻燃性的氧指數達到37%以上。
製備微膠囊發泡的密胺泡沫材料的操作步驟如下：
（1）製備微膠囊發泡劑
（1.1）取240-300g去離子水，加入25-40g表面活性劑，攪拌、超聲處理，即得水相；取50-90g不飽和丙烯酸酯單體，15-25g芯材，1-2.5g偶氮二異丁腈，0.2-0.5g二甲基丙烯酸乙二醇酯，均勻混合，即得油相；
（1.2）將水相和油相充分混合，乳化20min，攪拌，60℃-75℃聚合，反應10-20小時，冷卻至室溫，過濾洗滌，乾燥後即得壁材帶有羥基的微膠囊發泡劑；
（2）製備微膠囊發泡的密胺泡沫材料
（2.1）取100g密胺樹脂預聚物、3-15g壁材帶有羥基的微膠囊發泡劑、1-6g催化劑混合攪拌均勻，得到密胺微膠囊發泡液；
（2.2）將密胺微膠囊發泡液倒入模具中，將模具在溫度80-130℃條件下，發泡15-50min，升溫至120-160℃，熟化3-6h，切割成型，得到微膠囊發泡的密胺泡沫材料。
進一步限定的技術方案如下：
所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、司班60（Span-60）中的一種以上。
所述不飽和丙烯酸酯單體為甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）、甲基丙烯酸羥丙酯（HPMA）中的至少一種。
所述芯材為己烷、環己烷、庚烷、水、碳酸氫鈉的飽和水溶液中的一種。
所述催化劑為甲酸、乙酸、草酸、鹽酸、稀硫酸中的一種以上。
所述模具的壁厚不超過5mm。
本發明的有益技術效果體現在以下方面：
1. 本發明微膠囊發泡的密胺泡沫材料的閉孔率較高，達到96%以上；保溫效果較好，其導熱係數低於0.028 W/m·K；力學性能較好，其壓縮強度達到180kPa以上；並擁有較好的阻燃性能，氧指數達到37%以上。
2. 本發明製備工藝所用的微膠囊發泡劑的壁材為帶有羥基的甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）或甲基丙烯酸羥丙酯（HPMA）的均聚或共聚物，其與密胺樹脂的羥甲基、氨基、醚鍵等基團之間存在著氫鍵、範德華力等次級鍵相互作用，使得該微膠囊發泡劑與密胺樹脂基體間具有良好的相容性，因此在混合攪拌時壁材帶有羥基的微膠囊發泡劑能均勻地分散在密胺樹脂中且難以發生團聚、沉降的情況，其與密胺樹脂預聚物、催化劑兩者形成較為穩定的發泡液；另外，壁材帶有羥基的微膠囊發泡劑所製得的密胺微膠囊發泡液在發泡過程中，微膠囊壁材聚合物的側基上的羥基能與密胺樹脂的羥甲基發生脫水縮合反應，從而使微膠囊發泡劑與基體樹脂分子之間生成牢固的化學鍵，使兩者的相對位置恆定，進而使微膠囊發泡劑在發泡過程中亦能均勻地分散在密胺樹脂中，並隨密胺樹脂的固化其形狀、位置也隨之固定，最終製得結構均勻、閉孔率較高、保溫性能、力學性能、阻燃性能較好、各部分性能均一的密胺泡沫材料。
3. 本發明製備工藝的優點在於:與其他密胺泡沫的製備工藝相比，本發明所使用的發泡液的組分只有三種，無需向密胺樹脂預聚物中添加乳化劑或勻泡劑即可得到泡孔均勻、性能良好的密胺泡沫材料，簡化了工藝流程，降低了生產成本，且本發明所製備的壁材帶羥基的微膠囊發泡劑可以適用於各類不同種類、不同粘度的密胺樹脂預聚物；本發明使用烘箱作為加熱設備製備密胺泡沫材料，該法發泡溫度較低，發泡時間較短。
具體實施方式
下面結合實施例，對本發明作進一步地描述。
以下實施例所用原料的來源說明如下：
密胺樹脂預聚物購置於「濰坊金水源化工有限公司」，其是三聚氰胺與甲醛反應所得到的聚合物，又稱三聚氰胺甲醛樹脂，英文縮寫MF。密胺樹脂預聚物無色透明，在沸水中穩定。密胺樹脂預聚物在室溫下不固化，一般在130～150℃熱固化，加少量酸催化可提高固化速度。加工成型時發生交聯反應，製品為不熔的熱固性樹脂。
甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯等其它試劑均購置於「國藥集團化學試劑有限公司」。
實施例1
製備微膠囊發泡的密胺泡沫材料的具體操作步驟如下：
（1）製備微膠囊發泡劑
稱取260g的去離子水於500ml四口燒瓶中，加入30g十二烷基硫酸鈉，攪拌、超聲處理後，即得水相。
稱取60g甲基丙烯酸羥乙酯，22g碳酸氫鈉的飽和水溶液，1.8g偶氮二異丁腈，0.27g二甲基丙烯酸乙二醇酯，均勻混合，即得油相。
將製得的水相、油相充分混合後，乳化20min，攪拌，四口燒瓶中通入氮氣30min，65℃聚合3h，70℃聚合12h，反應結束後，冷卻至室溫，過濾，用乙醇和蒸餾水進行洗滌，乾燥後即得壁材帶有羥基的微膠囊發泡劑。
（2）製備微膠囊發泡的密胺泡沫
稱取100g密胺樹脂預聚物於250ml燒杯中，加入10g壁材帶有羥基的微膠囊發泡劑，2g稀硫酸，混合後攪拌均勻，得到密胺微膠囊發泡液。
稱取50g密胺微膠囊發泡液倒入體積為500cm3的模具中，將模具放入溫度為85℃的烘箱中發泡30min，然後升溫至120℃，熟化5h之後切割成型，得到微膠囊發泡的密胺泡沫材料。
所製得的微膠囊發泡的密胺泡沫材料的閉孔率為97.2%、導熱係數為0.028 W/m·K、壓縮強度為209 kPa、指數為37.5%。
實施例2
製備微膠囊發泡的密胺泡沫材料的具體操作步驟如下：
（1）製備微膠囊發泡劑
稱取285g的去離子水於500ml四口燒瓶中，加入15g十二烷基硫酸鈉，20g司班60（Span-60），攪拌、超聲處理後，即得水相。
稱取50g甲基丙烯酸羥丙酯，15g環己烷，1.3g偶氮二異丁腈，0.21g二甲基丙烯酸乙二醇酯，均勻混合，即得油相。
將製得的水相、油相充分混合後，乳化20min，攪拌，四口燒瓶中通入氮氣30min，60℃聚合10h，65℃聚合5h，反應結束後，冷卻至室溫，過濾，用乙醇和蒸餾水進行洗滌，乾燥後即得壁材帶有羥基的微膠囊發泡劑。
（2）製備微膠囊發泡的密胺泡沫
稱取100g密胺樹脂預聚物於250ml燒杯中，加入6g壁材帶有羥基的微膠囊發泡劑，2g甲酸，1g鹽酸，混合後攪拌均勻，得到密胺微膠囊發泡液。
稱取50g密胺微膠囊發泡液倒入體積為500cm3的模具中，將模具放入溫度為100℃的烘箱中發泡45min，然後升溫至130℃，熟化4h之後切割成型，得到微膠囊發泡的密胺泡沫材料。
所製得的微膠囊發泡的密胺泡沫材料的閉孔率為96.8%、導熱係數為0.023 W/m·K、壓縮強度為223 kPa、氧指數為38.5%。
實施例3
製備微膠囊發泡的密胺泡沫材料的具體操作步驟如下：
（1）製備微膠囊發泡劑
稱取300g的去離子水於500ml四口燒瓶中，加入28g十二烷基苯磺酸鈉，攪拌、超聲處理後，即得水相。
稱取20g甲基丙烯酸羥乙酯，55g甲基丙烯酸羥丙酯，25g庚烷，2.3g偶氮二異丁腈，0.32g二甲基丙烯酸乙二醇酯，均勻混合，即得油相。
將製得的水相、油相充分混合後，乳化20min，攪拌，四口燒瓶中通入氮氣30min，65℃聚合3h，75℃聚合10h，反應結束後，冷卻至室溫，過濾，用乙醇和蒸餾水進行洗滌，乾燥後即得壁材帶有羥基的微膠囊發泡劑。
（2）製備微膠囊發泡的密胺泡沫
稱取100g密胺樹脂預聚物於250ml燒杯中，加入14g壁材帶有羥基的微膠囊發泡劑，1g乙酸，1g草酸，混合後攪拌均勻，得到密胺微膠囊發泡液。
稱取100g密胺微膠囊發泡液倒入體積為800cm3的模具中，將模具放入溫度為120℃的烘箱中發泡20min，然後升溫至150℃，熟化2h之後切割成型，得到微膠囊發泡的密胺泡沫材料。
所製得的微膠囊發泡的密胺泡沫材料的閉孔率為98.9%、導熱係數為0.026 W/m·K、壓縮強度為197 kPa、氧指數為39%。