一種環氧樹脂界面固化包覆EPS泡沫複合材料及其製備方法與流程
2023-11-07 13:48:07
本發明屬於高分子材料技術領域，具體涉及一種環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料及其製備方法。
背景技術：
近幾年輕質材料以其優越的性能被人們逐漸接受，尤其是性能優異的輕質結構材料，能夠滿足建築、汽車等領域高性能、高可靠性和低成本的要求，得到了越來越廣泛的應用。製備輕質材料的一個重要途徑就是用泡沫材料填充基材製備複合材料。
聚苯乙烯泡沫塑料(簡稱eps)由於其質輕、堅固、吸震、低吸潮、易加工成型及良好的耐水性、絕熱性、價格低等特點，被廣泛用於輕工市場，日用裝璜，照明指示和包裝等領域。目前以苯乙烯為原料生產的聚苯乙烯泡沫的產量已躍居世界泡沫塑料的第二位，是當今世界上應用最廣泛的塑料之一。多數製品使用後直接被廢棄，由於其無法自行降解，致使每年有近千萬立方的廢棄eps泡沫顆粒因得不到處理及降解而成為白色汙染物。因此，將eps泡沫進行利用，如利用其製備輕質結構材料是非常有意義的研究課題。
由於eps極性小，與其它類材料界面相容性和粘接性差，如大面積使用eps製備的外牆保溫砂漿由於界面原因導致其耐候性和抗裂性差。此外由於eps泡沫顆粒易溶於芳香烴、氯代烴、酮類和一些酯類(c≤16)溶劑中，導致其難以直接應用在大部分高分子體系如不飽和樹脂玻璃鋼體系。
本發明採用環氧樹脂界面固化方法包覆eps泡沫顆粒製備複合材料，不僅提高了eps泡沫顆粒表面極性、耐溶劑能力從而改善了eps泡沫顆粒與膠凝材料之間表面粘結力差等問題。另外，由於eps泡沫顆粒質量輕、導熱係數小、抗凍性高和封閉空腔結構等特點決定了其具有隔熱、保溫、隔音等優良性能，通過環氧樹脂界面固化包覆的eps泡沫顆粒可以直接應用於輕質牆體、路面保溫隔熱層，樓面隔音層、輕質玻璃鋼材料等領域。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料及其製備方法，該複合材料相對於eps泡沫顆粒來說表面極性高、耐溶劑性能好，具有多方面用途。
為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是：
提供一種環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料，所述複合材料由eps泡沫顆粒外包覆一層環氧樹脂層得到，其中eps泡沫顆粒粒徑為3-5mm，環氧樹脂層厚度為0.5-1mm，複合材料表觀密度為0.1-0.5g/cm3。
按上述方案，所述複合材料由以下原料製備而成：環氧樹脂、eps泡沫顆粒、固化劑、碳酸鈣粉末及白炭黑，其中環氧樹脂與eps泡沫顆粒質量比為0.2-1：1。
按上述方案，所述固化劑的加入方式為配成質量濃度10-20％的固化劑水溶液後再加入，固化劑添加量為環氧樹脂質量的0.2-0.4％；所述碳酸鈣粉末添加量為環氧樹脂質量的6-9％；所述白炭黑加入量為環氧樹脂質量的0.3-0.5％。
按上述方案，所述固化劑為乙二胺、二乙烯三胺、t31固化劑中的一種；所述環氧樹脂為e44環氧樹脂或e51環氧樹脂或兩者的混合物。
優選的是，所述碳酸鈣粉末粒徑為100-800目；所述白炭黑為氣相白炭黑，粒徑為5-40nm。
本發明還提供上述環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料的製備方法，其步驟如下：
1)將環氧樹脂加熱至45-60℃，並在攪拌條件下加入白炭黑，隨後在該溫度下將eps泡沫顆粒加入環氧樹脂內，攪拌使其混合均勻，得到環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒；
2)將步驟1)所得環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒進行冷卻，在冷卻過程中加入碳酸鈣粉末，攪拌混合均勻，再在高速攪拌下加入固化劑水溶液進行固化反應，反應結束後得到環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料。本發明通過添加氣相白炭黑調節環氧樹脂的流變性，改善環氧樹脂對eps泡沫顆粒的包覆性能；在eps泡沫顆粒表面裹一層碳酸鈣粉末作為防黏劑，將eps泡沫顆粒有效地分散開。
優選的是，步驟2)所述高速攪拌的速率為1000～2000r/min。
按上述方案，步驟2)所述固化工藝條件為：在45-60℃下反應1-2h，然後室溫下反應24-48h。
本發明還包括上述環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料在輕質牆體材料中的應用。
以及上述環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料在隔熱材料和隔音材料中的應用。
以及上述環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料在輕質玻璃鋼材料中的應用。將其應用在輕質玻璃鋼材料中，可通過改變包覆的eps泡沫顆粒的添加量製備不同容重比的輕質高強度玻璃鋼材料。
本發明通過採用界面縮合固化的方法，使多相體系在eps泡沫顆粒-環氧樹脂相界面處進行縮聚反應，將eps泡沫顆粒完整地包覆在環氧樹脂內；使用氣相白炭黑調節環氧樹脂的觸變性，用碳酸鈣粉末作為防黏劑；用環氧樹脂對eps泡沫顆粒進行包覆，使環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料表觀密度控制在0.1-0.5g/cm3範圍內。
本發明的有益效果在於：1、本發明採用界面縮合固化方法將eps泡沫顆粒-環氧樹脂多相體系在相界面處進行縮聚反應將eps泡沫顆粒較好的包覆在環氧樹脂內，通過對eps泡沫顆粒的包覆改善了其表面極性、耐溶劑能力和粘結性差的問題，並可以廢棄eps顆粒為原料，實現廢棄資源利用，成本低，操作步驟簡單，無汙染物排放；2、本發明製備的環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料相對於eps泡沫顆粒來說表面極性高、耐溶劑性能好，表觀密度小，具有多方面用途。
附圖說明
圖1為本發明實施例5、6、7、8所製備的環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料的粘度與白炭黑含量關係曲線。
具體實施方式
為使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
實施例1
製備環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料，步驟如下：
1)將5ge44環氧樹脂加熱至55℃，保溫5min，並在攪拌條件下加入0.02g白炭黑，隨後在該溫度下將平均粒徑4mm的15geps泡沫顆粒加入環氧樹脂內，攪拌5min使其混合均勻，得到環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒，環氧樹脂包覆層厚度約為0.8mm；
2)將步驟1)所得環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒進行冷卻，在冷卻過程中加入0.4g碳酸鈣粉末，攪拌混合均勻，再在1500r/min速率下加入乙二胺水溶液(質量濃度為13％，含乙二胺質量0.015g)，在55℃固化反應1h，然後在室溫下完全固化24h，反應結束後得到環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料，其表觀密度測試數據見表1。
實施例2
製備環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料，步驟如下：
1)將8ge44環氧樹脂加熱至55℃，保溫5min，並在攪拌條件下加入0.03g白炭黑，隨後在該溫度下將15geps泡沫顆粒加入環氧樹脂內，攪拌5min使其混合均勻，得到環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒；
2)將步驟1)所得環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒進行冷卻，在冷卻過程中加入0.64g碳酸鈣粉末，攪拌混合均勻，再在1500r/min速率下加入乙二胺水溶液(質量濃度為13％，含乙二胺0.024g)，在55℃固化反應1h，然後在室溫下完全固化24h，反應結束後得到環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料，其表觀密度測試數據見表1。
實施例3
製備環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料，步驟如下：
1)將11ge44環氧樹脂加熱至55℃，保溫5min，並在攪拌條件下加入0.045g白炭黑，隨後在該溫度下將15geps泡沫顆粒加入環氧樹脂內，攪拌5min使其混合均勻，得到環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒；
2)將步驟1)所得環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒進行冷卻，在冷卻過程中加入0.88g碳酸鈣粉末，攪拌混合均勻，再在1500r/min速率下加入乙二胺水溶液(質量濃度為13％，含乙二胺0.033g)在55℃固化反應1h，然後在室溫下完全固化24h，反應結束後得到環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料，其表觀密度測試數據見表1。
實施例4
製備環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料，步驟如下：
1)將14ge44環氧樹脂加熱至55℃，保溫5min，並在攪拌條件下加入0.06g白炭黑，隨後在該溫度下將15geps泡沫顆粒加入環氧樹脂內，攪拌5min使其混合均勻，得到環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒；
2)將步驟1)所得環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒進行冷卻，在冷卻過程中加入1.12g碳酸鈣粉末，攪拌混合均勻，再在1500r/min速率下加入乙二胺水溶液(質量濃度為13％，含乙二胺0.042g)在55℃固化反應1h，然後在室溫下完全固化24h，反應結束後得到環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料，其表觀密度測試數據見表1。
表1
實施例5
製備環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料，步驟如下：
1)將5ge51環氧樹脂加熱至55℃，保溫5min，並在攪拌條件下加入0.02g白炭黑，隨後在該溫度下將15geps泡沫顆粒加入環氧樹脂內，攪拌5min使其混合均勻，得到環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒；
2)將步驟1)所得環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒進行冷卻，在冷卻過程中加入0.4g碳酸鈣粉末，攪拌混合均勻，再在1500r/min速率下加入二乙烯三胺水溶液(質量濃度為15％，含二乙烯三胺0.02g)，在55℃固化反應1h，然後在室溫下完全固化24h，反應結束後得到環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料。
實施例6
製備環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料，步驟如下：
1)將8ge51環氧樹脂加熱至55℃，保溫5min，並在攪拌條件下加入0.03g白炭黑，隨後在該溫度下將15geps泡沫顆粒加入環氧樹脂內，攪拌5min使其混合均勻，得到環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒；
2)將步驟1)所得環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒進行冷卻，在冷卻過程中加入0.64g碳酸鈣粉末，攪拌混合均勻，再在1500r/min速率下加入二乙烯三胺水溶液(質量濃度為15％，含二乙烯三胺0.032g)，在55℃固化反應1h，然後在室溫下完全固化24h，反應結束後得到環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料。
實施例7
製備環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料，步驟如下：
1)將11ge51環氧樹脂加熱至55℃，保溫5min，並在攪拌條件下加入0.045g白炭黑，隨後在該溫度下將15geps泡沫顆粒加入環氧樹脂內，攪拌5min使其混合均勻，得到環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒；
2)將步驟1)所得環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒進行冷卻，在冷卻過程中加入0.88g碳酸鈣粉末，攪拌混合均勻，再在1500r/min速率下加入二乙烯三胺水溶液(質量濃度為15％，含二乙烯三胺0.044g)，在55℃固化反應1h，然後在室溫下完全固化24h，反應結束後得到環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料。
實施例8
製備環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料，步驟如下：
1)將14ge51環氧樹脂加熱至55℃，保溫5min，並在攪拌條件下加入0.06g白炭黑，隨後在該溫度下將15geps泡沫顆粒加入環氧樹脂內，攪拌5min使其混合均勻，得到環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒；
2)將步驟1)所得環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒進行冷卻，在冷卻過程中加入1.12g碳酸鈣粉末，攪拌混合均勻，再在1500r/min速率下加入二乙烯三胺水溶液(質量濃度為15％，含二乙烯三胺0.056g)，在55℃固化反應1h，然後在室溫下完全固化24h，反應結束後得到環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料。
圖1為本發明實施例5、6、7、8所製備的環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料的粘度與白炭黑含量關係曲線，考察白炭黑含量對環氧樹脂流變性能的影響，由圖可見白炭黑含量從0.02g增加到0.06g時，環氧樹脂的黏度逐漸增加，說明白炭黑可以作為流變劑改變環氧樹脂的粘度，並且在一定加入量範圍內隨著白炭黑加入量增多，環氧樹脂粘度逐漸增大。
實施例9
製備環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料的製備方法，其步驟如下：
1)將14ge51和e44混合環氧樹脂加熱至55℃，保溫5min，並在攪拌條件下加入0.06g白炭黑，隨後在該溫度下將15geps泡沫顆粒加入環氧樹脂內，攪拌5min使其混合均勻，得到環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒；
2)將步驟1)所得環氧樹脂包覆的eps泡沫顆粒進行冷卻，在冷卻過程中加入1.12g碳酸鈣粉末，攪拌混合均勻，再在1500r/min速率下加入二乙烯三胺水溶液(質量濃度為15％，含二乙烯三胺0.056g)，在55℃固化反應1h，然後在室溫下完全固化24h，反應結束後得到環氧樹脂界面固化包覆eps泡沫複合材料。
實施例10
將實施例6製備的複合材料按質量份5份、8份、11份、14份分別添加到15份不飽和聚酯樹脂內，得到改性不飽和聚酯樹脂，被包覆的eps泡沫顆粒在不飽和聚酯樹脂內未溶解，測量不飽和聚酯樹脂的抗壓強度和表觀密度，具體結果見表2。
表2
由表2可知，所得改性不飽和聚酯樹脂的表觀密度為0.138-0.810g/cm3，抗壓強度為890-1146kg/cm2。