一种添加煤基固废制备低密度PVC泡沫保温材料的方法，属于化工材料制备技术领域。本发明专利技术首先对煤基固废进行表面刻蚀增加粗糙度，再接枝氨基硅烷偶联剂，然后与多官能度异氰酸酯进行强化预交联，得到基固废‑异氰酸酯复合中间体；之后将煤基固废‑异氰酸酯复合中间体、复配环氧树脂、PVC、发泡剂、阻燃剂及抑烟剂按比例混合，所得糊料通过高温模压和二次发泡成型,即制得低密度PVC泡沫保温材料。本发明专利技术工艺绿色环保、产品附加值高。利用本发明专利技术所制备的PVC泡沫保温材料具有煤基固废填充量高、密度小、导热系数低和比压缩强度大等突出特点，且兼具B1级阻燃性能，可作为隔热保温材料，广泛应用于建筑、冷链运输等领域。
Add a solid preparation method of coal based low density PVC foam insulation materials
【技术实现步骤摘要】
一种添加煤基固废制备低密度PVC泡沫保温材料的方法
本专利技术涉及一种添加煤基固废制备低密度PVC泡沫保温材料的方法，属于化工材料制备
该材料可作为隔热保温材料，应用于建筑、冷链运输等领域。
技术介绍
随着现代社会的快速发展，轻质高强保温材料在建筑及冷链运输等领域的需求量日益增大。以建筑行业为例，我国400亿平方米既有建筑中约1/3需节能改造，同时每年新增20亿平方米建筑面积也有节能需求。外墙保温是建筑节能的最重要手段。目前达到A级阻燃的保温材料份额不足10％；达到B1级阻燃的保温材料份额不足20％，且价格昂贵；70％以上保温材料份额是聚苯乙烯、聚氨酯等可燃易燃的泡沫保温材料。聚氯乙烯(PVC)基发泡材料具有原料价廉易得、产品保温性好、B1级阻燃(离火自熄)、性质稳定等特点，近年来日益受到重视(尹建平等，硬质PVC高发泡保温板制备研究，中国氯碱，2017，2，19-21)。目前国内研究、生产高发泡PVC材料处于起步阶段，已工业化生产的硬质PVC泡沫材料大多数为低发泡制品，一般采用挤出或模压发泡成型工艺，密度500-1000kg/m3，导热系数高，不能满足建筑保温材料的性能要求(周小川等，一种PVC发泡板材配方及其制备方法，CN201210486559.0；齐暑华等，一种高性能硬质PVC泡沫塑料及其制备方法，CN201310088200.2)。高发泡硬质PVC泡沫材料大多以异氰酸酯作交联剂，采用制糊、高温模压和二次水煮发泡工艺，通过调整异氰酸酯和含活泼氢化合物的种类和配比，水煮后发生反应实现交联，制备低密度泡沫材料。该发泡成型工艺具有操作简单、交联程度高、过程环保等优点，正成为国内外研发热点。例如，史爱华等(应用化工，2011，(40)2，287-294)采用不饱和酸酐-多官能度异氰酸酯交联体系，制备出密度40-80kg/m3的硬质交联PVC泡沫塑料；JuanMiguelVazquez(US0131546)采用多官能度环氧树脂-异氰酸酯交联体系，得到密度24-100kg/m3的硬质交联PVC泡沫塑料；王维(一种聚氯乙烯泡沫塑料的制备方法，CN201410744173.4)以PVC为基体，引入马来酸酐、二异氰酸酯和三聚氰胺作为交联剂，制备出密度60kg/m3的硬质交联PVC泡沫塑料。上述工作均为纯PVC体系，存在尺寸稳定性差、成本高等问题。近年来人们也开始探索添加无机填料的硬质PVC高发泡复合板的制备方法。在各种无机填料中，脱硫石膏和粉煤灰等大宗煤基固废，具有粒度小、耐高温、导热系数低、资源丰富和价廉易得等特点，是硬质PVC的理想填料，目前有不少工作报道(宁建华等，一种废旧PVC和粉煤灰复合材料及其制备方法，CN201210459042.2；向兰等，用工业固废制备高填充聚氯乙烯或聚烯烃复合材料的方法，CN201310253135.4；胡勇，一种粉煤灰高发泡家俱板，CN201410522699.8)，大多采用挤出或模压成型工艺制备低发泡复合板，且侧重提高脱硫石膏或粉煤灰填充量及板材力学强度，密度大于500kg/m3，导热系数大，不能用作保温材料。纵观前人工作，虽然在异氰酸酯作交联剂制备低密度硬质交联PVC泡沫材料方面已做了大量工作，但在该体系引入煤基固废作为填料制备低密度PVC泡沫保温材料的工作还未见报道，这是由于煤基固废密度较大、与树脂基体相容性差，易造成填料团聚沉降，泡孔破损、坍塌和合并等问题。若能解决煤基固废在以异氰酸酯作交联剂的硬质交联PVC发泡体系的高分散问题，同时实现强化偶联和交联，则可望制备低密度PVC泡沫保温材料，为丰富的煤基固废和PVC资源的大规模高值利用开拓一条绿色环保且市场容量大的新途径。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种添加煤基固废制备低密度PVC泡沫保温材料的方法，使其不仅工艺环保、产品附加值高，而且所制备的保温材料具有煤基固废填充量大、密度低、导热系数小、比压缩强度高及阻燃性好等特点，可作为隔热保温材料用于建筑、冷链运输等领域。为实现上述专利技术目标，本专利技术采用的技术方案如下：一种添加煤基固废制备低密度PVC泡沫保温材料的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：1)制备煤基固废-异氰酸酯复合中间体将煤基固废置于浓度为0.01-1mol/L的碱液中进行处理，碱液与煤基固废的质量比为100:10-60，过滤、干燥后得到表面刻蚀煤基固废；然后将表面刻蚀煤基固废与氨基硅烷偶联剂溶液按质量比50-150:100混合后处理2-4小时，过滤、干燥后得到改性煤基固废；再将多官能度异氰酸酯与改性煤基固废在20-90℃温度下按质量比为1-15:1混合均匀，制得煤基固废-异氰酸酯复合中间体；2)复配环氧树脂将环氧化植物油、多官能度脂环族环氧树脂、多官能度芳香族环氧树脂和热塑性树脂在100-150℃温度下按质量比5-20:60-80:10-30:1-10混合均匀，得到复配环氧树脂；3)制糊将PVC树脂、发泡剂、阻燃剂和抑烟剂预混后，加入煤基固废-异氰酸酯复合中间体和复配环氧树脂并混合均匀，制得糊料，其各组份重量份数如下：4)制备PVC泡沫保温材料将制得的糊料加至模具，在150-180℃和10-20MPa条件下模压10-30分钟后冷却至室温，制得发泡前驱体；将发泡前驱体在75-95℃水浴或蒸汽浴条件下二次发泡1-3小时，干燥后，制成煤基固废填充量5-40％、密度10-100kg/m3、导热系数0.020-0.035W/m·K、比压缩强度5×10-3-20×10-3MPa/(kg/m3)和B1级阻燃的PVC泡沫保温材料。优选地，所述的煤基固废为脱硫石膏和粉煤灰中的任一种或两种，物料细度为200-1000目。优选地，本专利技术所述的碱液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液和氨水中的任一种或几种的组合。优选地，所述的氨基硅烷偶联剂溶液中氨基硅烷偶联剂、去离子水和乙醇质量比为1-5:90:10；氨基硅烷偶联剂为(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷、(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷和苯氨基甲基三甲氧基硅烷中的任一种。优选地，所述的多官能度异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛二异氰酸酯、4,4-二已基二异氰酸酯、三甲基已二异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯的任一种或多种；所述的复配环氧树脂中环氧植物油为环氧大豆油、环氧花生油、环氧蓖麻子油、环氧菜籽油和环氧棉籽油中的任一种或几种的组合；多官能度脂环族环氧树脂为四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯、4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯和3,4-环氧环己基甲酸酯中的任一种或两种；多官能度芳香族环氧树脂为N,N-二缩水甘油对氨基苯酚缩水甘油醚、四缩水甘油胺型环氧树脂和四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷中的任一种或两种。优选地，所述热塑性树脂为聚醚砜、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚醚酰亚胺中的任一种；所述的发泡剂由偶氮二异丁腈、偶氮二甲酰胺和纳米成核剂组成，三者质量比为5:0.5-1:0.1-0.5；纳米成核剂为碳纳米管、纳米蒙脱土、纳米碳酸钙、纳米二氧化硅和纳米埃洛石管中的任一种或几种的组合；优选地，所述的阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、三氧化二锑、聚本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种添加煤基固废制备低密度PVC泡沫保温材料的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：1)制备煤基固废‑异氰酸酯复合中间体将煤基固废置于浓度为0.01‑1mol/L的碱液中进行处理，碱液与煤基固废的质量比为100:10‑60，过滤、干燥后得到表面刻蚀煤基固废；然后将表面刻蚀煤基固废与氨基硅烷偶联剂溶液按质量比50‑150:100混合后处理2‑4小时，过滤、干燥后得到改性煤基固废；再将多官能度异氰酸酯与改性煤基固废在20‑90℃温度下按质量比为1‑15:1混合均匀，制得煤基固废‑异氰酸酯复合中间体；2)复配环氧树脂将环氧化植物油、多官能度脂环族环氧树脂、多官能度芳香族环氧树脂和热塑性树脂在100‑150℃温度下按质量比5‑20:60‑80:10‑30:1‑10混合均匀，得到复配环氧树脂；3)制糊将PVC树脂、发泡剂、阻燃剂和抑烟剂预混后，加入煤基固废‑异氰酸酯复合中间体和复配环氧树脂并混合均匀，制得糊料，其各组份重量份数如下：
【技术特征摘要】
1.一种添加煤基固废制备低密度PVC泡沫保温材料的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：1)制备煤基固废-异氰酸酯复合中间体将煤基固废置于浓度为0.01-1mol/L的碱液中进行处理，碱液与煤基固废的质量比为100:10-60，过滤、干燥后得到表面刻蚀煤基固废；然后将表面刻蚀煤基固废与氨基硅烷偶联剂溶液按质量比50-150:100混合后处理2-4小时，过滤、干燥后得到改性煤基固废；再将多官能度异氰酸酯与改性煤基固废在20-90℃温度下按质量比为1-15:1混合均匀，制得煤基固废-异氰酸酯复合中间体；2)复配环氧树脂将环氧化植物油、多官能度脂环族环氧树脂、多官能度芳香族环氧树脂和热塑性树脂在100-150℃温度下按质量比5-20:60-80:10-30:1-10混合均匀，得到复配环氧树脂；3)制糊将PVC树脂、发泡剂、阻燃剂和抑烟剂预混后，加入煤基固废-异氰酸酯复合中间体和复配环氧树脂并混合均匀，制得糊料，其各组份重量份数如下：4)制备PVC泡沫保温材料将制得的糊料加至模具，在150-180℃和10-20MPa条件下模压10-30分钟后冷却至室温，制得发泡前驱体；将发泡前驱体在75-95℃水浴或蒸汽浴条件下二次发泡1-3小时，干燥后，制成煤基固废填充量5-40％、密度10-100kg/m3、导热系数0.020-0.035W/m·K、比压缩强度5×10-3-20×10-3MPa/(kg/m3)和B1级阻燃的PVC泡沫保温材料。2.根据权利要求1所述的一种添加煤基固废制备低密度PVC泡沫保温材料的方法，其特征在于，所述的煤基固废为脱硫石膏和粉煤灰中的任一种或两种，物料细度为200-1000目。3.根据权利要求1或2所述的一种添加煤基固废制备低密度PVC泡沫保温材料的方法，其特征在于，所述的碱液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液和氨水中的任一种或几种的组合。4.根据权利要求1或2所述的一种添加煤基固废制备低密度PVC泡沫保温材料的方法，其特征在于，所述的氨基硅烷偶联剂溶液中，氨基硅烷偶联剂、去离子水和乙醇质量...
【专利技术属性】
技术研发人员：向兰，张清杰，马蓬杨，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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