一种可膨胀微球发泡剂、其制备方法与发泡材料技术

技术编号:24882492 阅读:35 留言:0更新日期:2020-07-14 18:09
本发明专利技术提供了一种可膨胀微球发泡剂,由碳酸钠和包覆于所述碳酸钠表面的二氧化硅组成。本申请还提供了可膨胀微球发泡剂的制备方法。本申请可膨胀微球发泡剂的无机成分二氧化硅的包裹有利于发泡组分碳酸钠在基体中均匀分散,且无机可膨胀微球发泡剂在高温下膨胀、闭孔发泡,具有发泡可控性好、泡孔相对稳定等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种可膨胀微球发泡剂、其制备方法与发泡材料
本专利技术涉及发泡材料
,尤其涉及一种可膨胀微球发泡剂、其制备方法与发泡材料。
技术介绍
发泡剂是使对象物质成孔的一种材料,在橡胶泡棉、塑料轻质化、硅酸盐发泡和金属发泡等领域有着广泛应用。发泡剂可分为化学发泡剂和物理发泡剂,其中,物理发泡剂一般为低沸点的液体,加热后汽化、膨胀,达到发泡效果;而化学发泡剂可分为无机发泡剂和有机发泡剂两大类:无机发泡剂一般为吸热型,例如碳酸盐、硝酸盐和氢化物等,分解较为缓慢;有机发泡剂一般为放热型,例如偶氮系发泡剂和磺酰肼系发泡剂等,其代表产品分别为AC(偶氮二甲酰胺)和OBSH(4,4′-氧代双苯磺酰肼),一般情况下无机发泡剂的分解温度较高,而有机发泡剂的分解温度较低。可膨胀微球发泡剂是一种新型发泡剂,一般是直径几到几十微米的塑料微球,由热塑性外壳包裹可发泡芯材组成的复合结构;其发泡原理是当加热到一定温度时,热塑性外壳软化,外壳内部的芯材开始挥发或分解并产生气体,发泡剂的体积迅速膨胀增大至自身体积的几十倍,与此同时核壳结构保留,从而达到发泡的效果。可膨胀微球发泡剂中的发泡芯材可为传统的物理发泡剂或化学发泡剂,可膨胀微球发泡剂在基体中预分散性好,形成相对均匀的密闭泡孔结构,具有更佳的稳定性和可控性。泡沫金属是一种新型的轻质功能材料,具有密度低、隔热隔音效果好以及吸收电磁波等一系列优点,同时具有可媲美金属材料的强度和刚度。发泡剂在泡沫金属空隙形成和孔洞分布的过程中有着重要影响因素,泡沫金属用发泡剂一般可分为碳酸盐发泡剂和氢化物发泡剂两大类,分别散发出CO2气源和H2气源。而微球发泡剂在泡沫金属中较少使用,究其主要原因,是因为传统的可膨胀微球发泡剂外壳为热塑性高分子有机物,金属的熔融加工温度远高于其分解温度,导致微球发泡剂外壳碳化、分解,泡孔失去了密闭性和可控性,对发泡基体的各方面性能也会产生负面影响。由此,提供一种可用于泡沫金属的可膨胀微球发泡剂是发泡剂的一大进步,同时也可扩展可膨胀微球发泡剂的应用范围。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种可膨胀微球发泡剂,该可膨胀微球发泡剂具有发泡可控性好、泡孔相对稳定的优点。有鉴于此,本申请提供了一种可膨胀微球发泡剂,由碳酸钠和包覆于所述碳酸钠表面的二氧化硅组成。优选的,所述可膨胀微球发泡剂的膨胀前数均粒径为200~300μm,膨胀后数均粒径为600~1200μm。本申请还提供了一种可膨胀微球发泡剂的制备方法,包括以下步骤:A)将碳酸钠、稳定剂和硅烷偶联剂分散于溶液中,加热,得到硅烷改性的碳酸钠分散液;B)将所述碳酸钠分散液和硅源在碱性条件下反应,真空干燥后得到可膨胀微球发泡剂。优选的,步骤B)中,所述反应具体为:将所述碳酸钠分散液转移至常温,滴加氨水调节所述碳酸钠分散液pH至10~12,再加入硅源反应。优选的,所述稳定剂选自壳聚糖、海藻酸钠和羟丙基甲基纤维素中的一种或多种,所述碳酸钠和所述稳定剂的质量比为1:(0.005~0.02);所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷和N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中一种或者多种混合。优选的,步骤A)中,所述溶液为体积比为1:(0.05~0.1)的无水乙醇和去离子水的混合溶液;所述碳酸钠在所述溶液中的分散浓度为2~20g/L。优选的,所述硅源选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯和正硅酸丁酯中的一种或多种;所述硅源和所述溶液的的体积比为(0.005~0.03)∶1。优选的,步骤A)中,所述加热的温度为50~70℃;步骤B)中,所述反应的时间为0.5~3h。优选的,所述反应之后真空干燥之前还包括:将反应后的产物过滤后反复洗涤;所述洗涤的方式为先采用稀盐酸酸洗,再采用无水乙醇和去离子水反复洗涤。本申请还提供了一种发泡材料,包括发泡剂和基体,所述发泡剂为上述所述的或上述所述的制备方法所制备的可膨胀微球发泡剂。本申请提供了一种可膨胀微球发泡剂,其由碳酸钠和包覆于所述碳酸钠表面的二氧化硅组成;本申请提供的可膨胀微球发泡剂在发泡时碳酸钠芯材熔融并与二氧化硅外壳的内壁发生化学反应生成硅酸钠和二氧化碳,二氧化碳气体受热压力增大,使得硅酸钠内壁、二氧化硅外壁的外壳膨胀,从而在基体中产生泡孔结构,由此得到发泡材料;本申请提供的可膨胀微球发泡剂在高温下膨胀、闭孔发泡,具有发泡可控性好、泡孔相对稳定等优点;与传统可膨胀微球发泡剂外壳所用的热塑性高分子材质不同,本专利技术使用无机物作为可膨胀微球发泡剂的外壳,具有更好的高温稳定性和承重强度,可以作为泡沫铝、泡沫铜等泡沫金属的闭孔发泡剂使用。附图说明图1为本专利技术可膨胀微球发泡剂的作用原理示意图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术,下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点,而不是对本专利技术权利要求的限制。鉴于可膨胀微球发泡剂的缺点以及应用需求,本申请提供了一种可膨胀微球发泡剂,该可膨胀微球发泡剂具有发泡可控性好、泡孔相对稳定的优点,可作为泡沫铝、泡沫铜等泡沫金属的闭孔发泡剂使用。具体的,本专利技术实施例公开了一种可膨胀微球发泡剂,由碳酸钠和包覆于所述碳酸钠表面的二氧化硅组成。本申请可膨胀微球发泡剂是一种无机可膨胀微球发泡剂,其由二氧化硅外壳和碳酸钠芯材组成。所述可膨胀微球发泡剂的膨胀前数均粒径为200~300μm,膨胀后数均粒径为600~1200μm。本申请还提供了一种可膨胀微球发泡剂的制备方法,包括以下步骤:A)将碳酸钠、稳定剂和硅烷偶联剂分散于溶液中,加热,得到硅烷改性的碳酸钠分散液;B)将所述碳酸钠分散液和硅源在碱性条件下反应,真空干燥后得到可膨胀微球发泡剂。在制备可膨胀微球发泡剂的过程中,首先将碳酸钠、稳定剂和硅烷偶联剂分散于溶液中,加热,即得到硅烷改性的碳酸钠分散液。上述碳酸钠又叫纯碱、苏打,是一种重要的化工原料,熔点为851℃,分解温度1744℃;本专利技术所使用碳酸钠为符合国家标准《GB210-1992工业碳酸钠》要求的I类优等品碳酸钠,技术指标为:总碱量(以Na2CO3计)≥99.2%,氯化物(以NaCl计)≤0.5%,铁(Fe)含量≤0.004%,硫酸盐(以SO4计)含量≤0.03%,水不溶物含量≤0.04%,烧失量≤0.8%,180μm筛余物≥75%。碳酸钠易溶于水,但是在无水乙醇中溶解度很小,在高浓度的乙醇水溶液中也容易沉淀,因此需要添加稳定剂,使得碳酸钠的醇水溶液保持均匀稳定的分散状态。本专利技术对于稳定剂的基本要求是溶于醇水溶液、溶解后有一定粘性、耐碱性环境且不与碳酸钠反应。本申请所述稳定剂选自壳聚糖、海藻酸钠和羟丙基甲基纤维素中的一种或多种,在具体实施例中,所述稳定剂选自海藻酸钠;海藻酸钠是一种亲水的天然高分子,本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种可膨胀微球发泡剂,由碳酸钠和包覆于所述碳酸钠表面的二氧化硅组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种可膨胀微球发泡剂,由碳酸钠和包覆于所述碳酸钠表面的二氧化硅组成。


2.根据权利要求1所述的可膨胀微球发泡剂,其特征在于,所述可膨胀微球发泡剂的膨胀前数均粒径为200~300μm,膨胀后数均粒径为600~1200μm。


3.一种可膨胀微球发泡剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
A)将碳酸钠、稳定剂和硅烷偶联剂分散于溶液中,加热,得到硅烷改性的碳酸钠分散液;
B)将所述碳酸钠分散液和硅源在碱性条件下反应,真空干燥后得到可膨胀微球发泡剂。


4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤B)中,所述反应具体为:
将所述碳酸钠分散液转移至常温,滴加氨水调节所述碳酸钠分散液pH至10~12,再加入硅源反应。


5.根据权利要求3或4所述的制备方法,其特征在于,所述稳定剂选自壳聚糖、海藻酸钠和羟丙基甲基纤维素中的一种或多种,所述碳酸钠和所述稳定剂的质量比为1∶(0.005~0.02);所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴长征谢毅
申请(专利权)人:中国科学技术大学
类型:发明
国别省市:安徽;34

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