一种开孔聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种开孔聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料及其制备方法，该制备方法是通过将高聚合度聚乙烯醇和低聚合度聚乙烯醇混合溶解后，在酸性条件下，与甲醛反应得到开孔聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料。此种方法无需添加发泡剂、致孔剂等任意成孔功能性助剂，且具有方法新颖、路线独特、综合性能好的优点。综合性能好的优点。综合性能好的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种开孔聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于泡沫材料
，具体涉及一种开孔聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料及其制备方法。
技术背景
[0002]聚乙烯醇，简称PVA，是一种侧链含有大量羟基[
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OH]的水溶性和环境友好型聚合物。羟基的反应活性较高，可以很容易的和多种功能性试剂反应生成具有特殊功能作用的化合物。聚乙烯醇缩甲醛(PVF)泡沫是聚乙烯醇和甲醛在酸性条件下的缩合产物，是一类十分重要的高分子材料。PVF泡沫具有很强的吸水性，在湿润状态下有天然海绵的手感及弹性，柔软性好，开孔结构丰富，耐磨性和耐候性优异，力学性能高，化学稳定性和生物相容性好，因此在很多领域得到了广泛的应用。
[0003]目前，生产制备PVF泡沫的主要原料是高聚合度的聚乙烯醇，其聚合度在1700以上，如PVA
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1799(聚合度为1700，醇解度为99％的聚乙烯醇)、PVA
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2499(聚合度为2400，醇解度为99％的聚乙烯醇)等。但是，采用此类高聚合度聚乙烯醇制备PVF泡沫时，在不添加辅助发泡剂的前提下，泡沫结构容易坍塌，难以直接获得具有开孔结构的泡沫材料。
[0004]为了解决上述技术问题，传统工艺及近年的技术报道主要采用发泡剂发泡法、机械打泡法和致孔剂发泡法等三种方法制备PVF泡沫。但是上述工艺方法中，发泡剂发泡法制备PVF泡沫存在发泡剂残留的问题，这将导致泡沫综合性能的降低；机械打泡法制备PVF泡沫具有工艺复杂和生产成本较高的缺点；致孔剂发泡法制备PVF泡沫材料所使用的致孔剂通常对环境有一定的污染，此外，发泡剂的使用也具有一定的成本。
[0005]本专利技术的专利技术人在前期研究工作中，通过提高低聚合度聚乙烯醇(PVA
‑
0588，聚合度为500，醇解度为88％的聚乙烯醇)的浓度增强分子间的相互作用下，在PVA
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0588浓度为14wt％～18wt％的范围内，获得了吸水性较好的PVF泡沫(Li Y,Deng J,Zhang J.Porous poly(vinyl formal)foam prepared using poly(vinyl alcohol)of low degree of polymerization[J].Polymer International,2018,(67):1438
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1444)。
[0006]但是，在上述公开文献中，发现并研究了因低聚合度聚乙烯醇的物理特性，在低浓度或是与现有技术高聚合度聚乙烯醇相同浓度前提下，无法很好的形成PVF泡沫材料，仅在高浓度前提下才能成功制备。由于在体系中没有添加任何发泡作用的功能试剂，因此，在高浓度的情况下制备的泡沫材料质量密度较大，影响了其使用范围，并且高浓度低聚合度聚乙烯醇的使用大幅增大了产品的成本。此外，利用低聚合度聚乙烯醇为原料所制备的PVF泡沫材料中的泡孔多为闭孔结构，在一定程度上影响了其作为泡沫材料的使用。
[0007]因此，探索开发一种工艺简单、成本低廉的轻质PVF泡沫具有重要的现实意义和广阔的市场前景。

技术实现思路

[0008]为了解决上述
技术介绍
中的问题，本专利技术提供一种开孔聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料
及其制备方法，该制备方法是通过将高聚合度聚乙烯醇和低聚合度聚乙烯醇混合溶解后，在酸性条件下，与甲醛反应得到开孔聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料。此种方法无需添加发泡剂、致孔剂等任意成孔功能性助剂，且具有方法新颖、路线独特、综合性能好的优点。
[0009]为实现上述目的，本专利技术是采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。
[0010]一种开孔聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料，按重量份数计，其原料由下述成分组成：
[0011][0012]以及非发泡、成孔的功能性助剂；
[0013]其中，所述高聚合度聚乙烯醇与低聚合度聚乙烯醇合计8～12份，所述高聚合度聚乙烯醇、低聚合度聚乙烯醇和去离子水合计100份；
[0014]所述高聚合度聚乙烯醇为聚合度为1700～2600，醇解度为88％～99％的聚乙烯醇；
[0015]所述低聚合度聚乙烯醇为聚合度为150～500，醇解度为88％～99％的聚乙烯醇。
[0016]本专利技术的主要专利技术点在于，通过高聚合度聚乙烯醇与低聚合度聚乙烯醇的复配使用，得到一种具备开孔结构且轻质的PVF泡沫材料，其原理如说明书附图1所示；低聚合度聚乙烯醇和高聚合度聚乙烯醇共混后，由于低聚合度聚乙烯醇分子链短、活性高，会优先于高聚合度聚乙烯醇与甲醛进行反应，并在混合溶液中形成PVF泡沫的壁孔结构；当反应进行一定时间后，高聚合度聚乙烯醇与甲醛依附于之前所形成的壁孔结构继续反应，伴随着缩醛化程度的进一步提高，内部出现开孔结构。因此，采用高低不同聚合度的聚乙烯醇复配的方法制备PVF泡沫，无需添加发泡剂、致孔剂等任意成孔功能性助剂，便可以得到孔结构分布均匀且轻质的PVF泡沫。
[0017]注意的是，由于在体系中没有添加发泡功能性助剂，在反应过程中，泡沫材料不会出现膨胀的表征，因此经本专利技术的专利技术人理论推导及对照实验证实，制备所得PVF泡沫材料的密度主要由混合体系(包含聚乙烯醇溶液、甲醛溶液和硫酸溶液)的浓度决定，体系浓度越高，材料密度越大；体系浓度越低，材料密度越小，进而通过混合体系中各溶液的浓度调控一定程度上可直接控制最终制备所得PVF泡沫材料的密度，避免了现有技术中泡沫材料密度受到发泡剂膨胀现象的大幅影响。此外，高聚合度聚乙烯醇和低聚合度聚乙烯醇所构成的聚乙烯醇混合溶液浓度对泡沫成型的影响如说明书附图2所示，当聚乙烯醇混合溶液浓度较大时(尤其是浓度超过14％，以聚乙烯醇与去离子水的总量计算)，制备所得泡沫材料的密度较大，且转变为硬质泡沫，实用性大幅降低；当聚乙烯醇混合溶液浓度较低时(尤其是浓度不高于6％)，体系的浓度也较低，同时在重力作用下，所形成的泡孔沉积在容器底部，无法得到泡孔结构分布均匀且密度合适的PVF泡沫材料。因此，本专利技术经实际实验，基于上述实验发现，聚乙烯醇混合溶液的浓度控制在8～12％之间最为适宜。
[0018]其次，本专利技术的专利技术人还发现，制备所得PVF泡沫材料的孔径大小主要由甲醛的含量来控制，随着甲醛含量的增加，泡沫材料的孔径逐渐减小。因此，通过对甲醛溶液的定量
化添加，并辅助经验化总结规律，通过本专利技术技术方案能够得到限定孔径大小的PVF泡沫材料。
[0019]通常地，原料中所述硫酸水溶液为本领域技术中，通过聚乙烯醇制备聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料所常规采用的酸性溶剂，本领域技术人员可通过现有技术文献及工业生产条件，自行选择适宜浓度的硫酸水溶液用于工艺制备，以满足制备过程所需的酸性条件。为了更好地说明本专利技术，并提供一种可供参考的原料选择，所述硫酸水溶液的浓度为40％。
[0020]通常地，原料中所述甲醛水溶液为本领域技术中，通过聚乙烯醇制备聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料所常规采用的甲醛水溶液，本领域技术人员可通过现有技术文献及工业生产条件，自行选择适宜浓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开孔聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料，其特征在于按重量份数计，其原料由下述成分组成：其中，所述高聚合度聚乙烯醇与低聚合度聚乙烯醇合计8～12份，所述高聚合度聚乙烯醇、低聚合度聚乙烯醇和去离子水合计100份；所述高聚合度聚乙烯醇为聚合度为1700～2600，醇解度为88％～99％的聚乙烯醇；所述低聚合度聚乙烯醇为聚合度为150～500，醇解度为88％～99％的聚乙烯醇。2.根据权利要求1所述开孔聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料，其特征在于：所述原料还包括非发泡、成孔的功能性助剂。3.根据权利要求1所述开孔聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料，其特征在于：所述非发泡、成孔的功能性助剂选择包括颜料、增强剂其中任意一种或几种。4.根据权利要求1所述开孔聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料，其特征在于：所述硫酸水溶液的浓度为40％。5.根据权利要求1所述开孔聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料，其特征在于：所述甲醛水溶液的浓度为38％。6.根据权利要求1所述开孔聚乙烯醇缩甲醛泡沫材料，其特征在于制备方法，包括以下步骤：(1
‑
1)按重量份数计，将下述成分进行备料：其中，所述高聚合度聚乙烯醇与低聚合度聚乙烯醇合计8～12份，所述高聚合度聚乙烯醇、低聚合度聚乙烯醇和去离子水合计100份；所述高聚合度聚乙烯醇为聚合度为1700～2600，醇解度为88％～99％的聚乙烯醇；所述低聚合度聚乙烯醇为聚合度为150～500，醇解度为88％～99％的聚乙烯醇；(1
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2)将高聚合度聚乙烯醇与低聚合度聚乙烯醇加入到去离子水中，混合均匀后静置溶胀0.5～2h，然后加热至9...

【专利技术属性】
技术研发人员：李远鹏，吴珣，李柱凯，唐利平，任银广，段汶江，
申请(专利权)人：广安职业技术学院，
类型：发明
国别省市：