本发明专利技术公开了一种植物纤维增强的保温阻燃酚醛泡沫材料及其制备方法，该酚醛泡沫材料是在酚醛树脂中加入了不同长度的空心结构的植物纤维。其制备方法是将切割成不同长度的干燥植物纤维与酚醛树脂、乳化剂、偶联剂、发泡剂、固化剂进行机械混合，然后在固化温度为45℃～80℃下固化发泡30～120分钟后，脱模得到用作建筑内外墙用的植物纤维增强的酚醛泡沫材料。本发明专利技术是利用绿色环保并可再生的天然植物纤维来增强酚醛泡沫，其具有良好的保温阻燃性能，并且由于植物纤维廉价易得大大的降低了酚醛泡沫材料的生产成本。
【技术实现步骤摘要】
一种植物纤维增强的保温阻燃酚醛泡沬材料及其制备方法
本专利技术涉及一种酚醛泡沫材料，更特别地说，是指一种用于建筑内外墙保温层的具有保温、阻燃性能的植物纤维增强的酚醛泡沫材料，以及利用植物纤维外壳增强的保温阻燃酚醛泡沫材料的制备方法。
技术介绍
目前，我国建筑能耗占社会总能耗的27.6%，能源浪费严重，因而建筑节能是缓解我国能源紧缺矛盾、提高能源利用率的一项系统工程。建筑节能的核心是对建筑物围护结构(如非承重墙，外墙保温层)和采暖系统进行革新，其中建筑外墙外保温系统的建设是这一系统工程中的重要一环，而建筑内外墙用的保温材料的更新是节能技术的核心。酚醛泡沫(PF)具有良好的阻燃性能(难燃、低毒、低发烟)和耐热、保温性能，已成为国内外建筑行业优先选用的保温隔热材料。酚醛泡沫塑料的耐热性优良，是合成泡沫塑料中能耐温较高的优良品种，例如聚苯乙烯泡沫塑料最高使用温度为70°C，聚氨醋泡沫塑料为120°C，而酚醛饱沫塑料为150°C，最高可达200°C。近年来，由于高层建筑，交通运输，航空工业，空间技术等方面对合成泡沫塑料的热稳定性和耐燃烧性提出了严格要求，也使酚醛泡沫塑料的使用得到了迅速的发展。例 如:吴旭明，200720105912.0，墙面保温装饰复合材料；郑百哲，200520113590.5，酚醛泡沫蜂窝板；魏佳君，200520083474.3，高强度酚醛泡沫彩钢夹心复合板等公开的专利技术专利，他们是使用苯酚和甲醛为原料制备的。目前，因为人们对环境友好的需求越来越高，由于在酚醛泡沫塑料时使用的原料品种和制备技术的原因，使没有反应完全的游离酚和游离醛对环境中的水和大气造成严重污染。植物纤维在自然界中来源丰富，具有优良的性能，如质轻价廉、比强度和比模量较高、对加工设备磨损小，属于可再生资源，能完全生物降解。我国对玉米、麦杆等秸杆的利用除造纸和牲畜饲料外，大多采用掩埋、焚烧等方法处理，不仅浪费资源，且污染环境。一吨秸杆燃烧会产生1.8吨的二氧化碳，且每年因秸杆燃烧而引发的火灾不计其数。如果能够将这些庄稼秸杆应用到植物纤维增强酚醛泡沫的制备中，那么势必会减少庄稼秸杆的资源浪费，并且制备出绿色环保的保温阻燃复合材料。
技术实现思路
为了满足建筑内外墙阻燃保温的要求，同时能够利用天然可再生植物纤维降低泡沫成本并一定程度上提高泡沫材料的力学性能，本专利技术提出了一种植物纤维增强保温阻燃酚醛泡沫材料及其制备方法。本专利技术通过将天然可再生植物纤维切割成不同的长度，并进行一定的物理、化学处理，再将其与酚醛树脂、乳化剂、偶联剂、发泡剂、固化剂混合，在一定温度和时间内进行发泡得到泡沫材料。本专利技术制备方法简单、可控，且制得的酚醛泡沫材料具有良好的保温阻燃性能，并且不同的配方体系力学性能比纯酚醛泡沫有不同程度的提高。本专利技术添加廉价易得的植物纤维能够大幅度降低酚醛泡沫材料的生产成本。具体地:步骤一:预处理植物纤维步骤101:首先采用切割机将空心植物纤维剪切成长度小于等于Imm的短切纤维，即第一短切纤维；然后，将第一短切纤维置于温度为20~30°C的碱液中，在搅拌速度为20~60转/分钟条件下浸泡处理20~90分钟后，取出，用去离子水反复清洗至中性，得到A预处理植物纤维；最后，将A预处理植物纤维置于温度为20~30°C的质量百分比浓度为50~80%的阻燃剂水溶液中，在机械搅拌速度为20~60转/分钟条件下浸泡处理20~90分钟后，取出，置于温度为45~70°C的烘箱中烘干处理100~200分钟，得到A待用短切植物纤维；步骤102:首先采用切割机将空心植物纤维剪切成长度为2~5mm的短切纤维，即第二短切纤维；然后，将第二短切纤维置于温度为20~30°C的碱液中，在搅拌速度为20~60转/分钟条件下浸泡处理20~90分钟后，取出，用去离子水反复清洗至中性，得到B预处理植物纤维；最后，将B预处理植物纤维置于温度为20~30°C的质量百分比浓度为50~80%的阻燃剂水溶液中，在机械搅拌速度为20~60转/分钟条件下浸泡处理20~90分钟后，取出，置于温度为45~70°C的烘箱中烘干处理100~200分钟，得到B待用短切植物纤维；步骤103:首先采用切割机将空心植物纤维剪切成长度为5~20mm的短切纤维，即第三短切纤维；然后，将第三短切纤维置于温度为20~30°C的碱液中，在搅拌速度为20~60转/分钟条件下浸泡处理20~90分钟后，取出，用去离子水反复清洗至中性，得到C预处理植物纤维；最后，将C预处理植物纤维置于温度为20~30°C的质量百分比浓度为50~80%的阻燃剂水溶液中，在机械搅拌速度为20~60转/分钟条件下浸泡处理20~90分钟后，取出，置于温度为45~70°C的烘箱中烘干处理100~200分钟，得到C待用短切植物纤维；阻燃剂可以是无机阻燃剂或者有机阻燃剂，具体地有:水合氧化铝、水合氧化镁、红磷、磷酸一铵(NH4H2PO4)、磷酸二铵、硼酸、磷酸三甲苯酯等中的一种或两种以上的组合；步骤二:泡沫发泡制备过程步骤201:将酚醛树脂、乳化剂和偶联剂在温度为20~30°C、机械搅拌速度为1000~1500转/分钟条件下，搅拌处理10~20分钟混合均匀，得到树脂体系；步骤202:将待用短切植物纤维加入树脂体系中，在温度为20~30°C、机械搅拌速度为1000~1500转/分钟条件下搅拌处理60~150分钟后，加入发泡剂和固化剂，继续搅拌处理40~60分钟后，得到泡沫原料；用量:100重量份的酚醛树脂需要3~20重量份的待用短切植物纤维、I~6份的乳化剂、0.5~2份的偶联剂、4~10重量份的发泡剂、10~20重量份的固化剂；用量:3~20重量份的待用短切植物纤维中需要I~3重量份的A待用短切植物纤维、I~12重量份的B待用短切植物纤维和I~5重量份的C待用短切植物纤维；乳化剂选用非离子型表面活性剂；偶联剂选用硅烷偶联剂；发泡剂为烷烃类；固化剂为酸类固化剂；步骤203:将泡沫原料倒入涂有脱模剂的预热模具中，然后将带料模具置于温度为45~80°C的烘箱中，固化发泡处理30~120分钟后，取出，自然冷却后脱模得到植物纤维增强的保温阻燃酚醛泡沫材料。本专利技术植物纤维增强保温阻燃酚醛泡沫材料的优点在于:在现有酚醛泡沫材料体系中添加植物纤维，能够降低酚醛泡沫材料成本约10%。通过测试酚醛泡沫强度高，压缩强度达到0.2MPa以上，比压缩强度为3.5~4.7kPa/(kg.m_3)，燃烧性能达到BI级，导热系数为0.030~0.04ff/m.K。植物纤维增强保温阻燃酚醛泡沫材料具备部分的可再生、可降解性能，同时具有优异的保温性能和阻燃性能。制备本专利技术植物纤维增强的保温阻燃酚醛泡沫材料方法的优点在于:发泡时间短，约为0.5~2h。能耗低，生产效率高。泡沫密度、性能及均匀性可控性好。【附图说明】图1是制备本专利技术植物纤维增强保温阻燃酚醛泡沫材料的工艺流程图。图2是玉米秸杆的外观照片。图2A是本专利技术实施例1制得的玉米秸杆纤维增强的保温阻燃酚醛泡沫材料的外部照片。图2B是本专利技术实施例1制得的玉米秸杆纤维增强的保温阻燃酚醛泡沫材料的电子显微镜照片。 图3是长麦杆纤维的外观照片。图4是乌拉草纤维的外观照片。图4A是本专利技术实施例3制得的乌拉草纤维增强的保温阻燃酚醛泡沫材本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种植物纤维增强的保温阻燃酚醛泡沫材料及其制备方法，其特征在于包括有下列步骤：步骤一：预处理植物纤维步骤101：首先采用切割机将空心植物纤维剪切成长度小于等于1mm的短切纤维，即第一短切纤维；然后，将第一短切纤维置于温度为20～30℃的碱液中，在搅拌速度为20～60转/分钟条件下浸泡处理20～90分钟后，取出，用去离子水反复清洗至中性，得到A预处理植物纤维；最后，将A预处理植物纤维置于温度为20～30℃的质量百分比浓度为50～80％的阻燃剂水溶液中，在机械搅拌速度为20～60转/分钟条件下浸泡处理20～90分钟后，取出，置于温度为45～70℃的烘箱中烘干处理100～200分钟，得到A待用短切植物纤维；步骤102：首先采用切割机将空心植物纤维剪切成长度为2～5mm的短切纤维，即第二短切纤维；然后，将第二短切纤维置于温度为20～30℃的碱液中，在搅拌速度为20～60转/分钟条件下浸泡处理20～90分钟后，取出，用去离子水反复清洗至中性，得到B预处理植物纤维；最后，将B预处理植物纤维置于温度为20～30℃的质量百分比浓度为50～80％的阻燃剂水溶液中，在机械搅拌速度为20～60转/分钟条件下浸泡处理20～90分钟后，取出，置于温度为45～70℃的烘箱中烘干处理100～200分钟，得到B待用短切植物纤维；步骤103：首先采用切割机将空心植物纤维剪切成长度为5～20mm的短切纤维，即第三短切纤维；然后，将第三短切纤维置于温度为20～30℃的碱液中，在搅拌速度为20～60转/分钟条件下浸泡处理20～90分钟后，取出，用去离子水反复清洗至中性，得到C预处理植物纤维；最后，将C预处理植物纤维置于温度为20～30℃的质量百分比浓度为50～80％的阻燃剂水溶液中，在机械搅拌速度为20～60转/分钟条件下浸泡处理20～90分钟后，取出，置于温度为45～70℃的烘箱中烘干处理100～200分钟，得到C待用短切植物纤维；阻燃剂可以是无机阻燃剂或者有机阻燃剂，具体地有：水合氧化铝、水合氧化镁、红磷、磷酸一铵(NH4H2PO4)、磷酸二铵、硼酸、磷酸三甲苯酯等中的一种或两种以上的组合；步骤二：泡沫发泡制备过程步骤201：将酚醛树脂、乳化剂和偶联剂在温度为20～30℃、机械搅拌速度为1000～1500转/分钟条件下，搅拌处理10～20分钟混合均匀，得到树脂体系；步骤202：将待用短切植物纤维加入树脂体系中，在温度为20～30℃、机械搅拌速度为1000～1500转/分钟条件下搅拌处理60～150分钟后，加入发泡剂和固化剂，继续搅拌处理40～60分钟后，得到泡沫原料；用量：100重量份的酚醛树脂需要3～20重量份的待用短切植物纤维、1～6份的乳化剂、0.5～2份的偶联剂、4～10重量份的发泡剂、10～20重量份的固化剂；用量：3～20重量份的待用短切植物纤维中需要1～3重量份的A待用短切植物纤维、1～12重量份的B待用短切植物纤维和1～5重量份的C待用短切植物纤维；乳化剂选用非离子型表面活性剂；偶联剂选用硅烷偶联剂；发泡剂为烷烃类；固化剂为酸类固化剂；步骤203：将泡沫原料倒入涂有脱模剂的预热模具中，然后将带料模具置于温度为45～80℃的烘箱中，固化发泡处理30～120分钟后，取出，自然冷却后脱模得到植物纤维增强的保温阻燃酚醛泡沫材料。...
【技术特征摘要】
1.一种植物纤维增强的保温阻燃酚醛泡沫材料及其制备方法，其特征在于包括有下列步骤: 步骤一:预处理植物纤维 步骤101:首先采用切割机将空心植物纤维剪切成长度小于等于Imm的短切纤维，即第一短切纤维；然后，将第一短切纤维置于温度为20~30°C的碱液中，在搅拌速度为20~60转/分钟条件下浸泡处理20~90分钟后，取出，用去离子水反复清洗至中性，得到A预处理植物纤维；最后，将A预处理植物纤维置于温度为20~30°C的质量百分比浓度为50~80%的阻燃剂水溶液中，在机械搅拌速度为20~60转/分钟条件下浸泡处理20~90分钟后，取出，置于温度为45~70°C的烘箱中烘干处理100~200分钟，得到A待用短切植物纤维； 步骤102:首先采用切割机将空心植物纤维剪切成长度为2~5mm的短切纤维，即第二短切纤维；然后，将第二短切纤维置于温度为20~30°C的碱液中，在搅拌速度为20~60转/分钟条件下浸泡处理20~90分钟后，取出，用去离子水反复清洗至中性，得到B预处理植物纤维；最后，将B预处理植物纤维置于温度为20~30°C的质量百分比浓度为50~80%的阻燃剂水溶液中，在机械搅拌速度为20~60转/分钟条件下浸泡处理20~90分钟后，取出，置于温度为45~70°C的烘箱中烘干处理100~200分钟，得到B待用短切植物纤维； 步骤103:首先采用切割机将空心植物纤维剪切成长度为5~20mm的短切纤维，即第三短切纤维；然后，将第三短切纤维置于温度为20~30°C的碱液中，在搅拌速度为20~60转/分钟条件下浸泡处理20~90分钟后，取出，用去离子水反复清洗至中性，得到C预处理植物纤维；最后，将C预处理植物纤维置于温度为20~30°C的质量百分比浓度为50~80%的阻燃剂水溶液中，在机械搅拌速度为20~60转/分钟条件下浸泡处理20~90分钟后，取出，置于温度为45~70°C的烘箱中烘干处理100~200分钟，得到C待用短切植物纤维； 阻燃剂可以是无机阻燃剂或者有机阻燃剂，具体地有:水合氧化铝、水合氧化镁、红磷、磷酸一铵(NH4H2PO4)、磷酸二铵、硼酸、磷酸三甲苯酯等中的一种或两种以上的组合； 步骤二:泡沫发泡制备过程 步骤201:将酚醛树脂、乳化剂和偶联剂在温度为20~30°C、机械搅拌速度为1000~1500转/分钟条件下，搅拌处理10~20分钟混合均匀，得到树脂体系； 步骤202:将待用短切植物纤维加入树脂体系中，在温度为20~30°C、机械搅拌速度为1000~1500转/分钟条件下搅拌处理60~150分钟后，加入发泡剂和固化剂，继续搅拌处理40~60分钟后，得到泡沫原料； 用量:100重量份...
【专利技术属性】
技术研发人员：顾轶卓，李敏，杨中甲，王绍凯，张佐光，李艳霞，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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