[发明专利]一种酚醛泡沫塑料及其制备方法以及泡沫炭的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉煤灰微珠的表面改性，主要是利用化学偶联剂进行表面处理，提高粉煤灰微珠的化学活性，增加与高聚物树脂基体的相容性，及利用改性粉煤灰微珠增强酚醛泡沫塑料，采用改性粉煤灰对酚醛泡沫塑料进行填充作为刚性骨架，制备出轻质隔热的泡沫炭材料。

背景技术

酚醛泡沫塑料是由可发泡性酚醛树脂在表面活性剂、发泡剂、固化剂等作用下通过化学发泡或物理发泡而得到的一种泡沫材料,是目前泡沫保温材料中发展最快的品种。酚醛泡沫塑料充分利用了有机材料自身的结构特点，解决了有机材料最为突出的燃烧问题。它不需要添加特种添加剂就具有良好的防火性能,其氧指数（OI）>40，烟密度等级（SDR）<8，具有耐热性好,难燃,自熄,耐火焰穿透,火灾时烟雾少,无滴落物,有毒气体极微,不变形,只是表面碳化,使用温度高,且价格低廉等优点。因此,近年来,酚醛泡沫塑料作为建筑、汽车、船舶、航空器材、石油管道、采矿等的保温、隔音及隔热材料,得到了广泛的应用。酚醛泡沫塑料脆性大，易粉化的缺点影响到其应用范围，制备发泡酚醛树脂时常需加入各种改性剂或填料，如聚乙二醇、玻纤、二氧化硅、硅藻土等。另外酚醛泡沫塑料固化时通常采用酸性固化剂，如对苯磺酸、盐酸、硫酸等，导致成型后的材料偏酸性，PH值在3-6之间，与金属材料复合使用时具有一定的腐蚀性。

粉煤灰是一种固体废弃物资源，目前在我国大规模的有效综合利用途径非常有限，主要集中在建筑和道路工程等方面，且利用率不到40%，而欧美国家的粉煤灰利用率已达到了70%-80%。从微观结构上讲，粉煤灰微珠是一种大小不等，形状不规则的粒状体，主要由硅铝玻璃、微晶矿物微珠和未燃尽的残炭微粒所组成。粉煤灰微珠经过表面改性后，与高分子聚合物的相容性得到明显改善，材料的性能得到明显的改善，将改性粉煤灰加入到聚合物中，可有效提高材料的耐磨性、耐热性、阻燃性、力学性能等指标。另外粉煤灰中含有大量的碱金属氧化物，添加到酚醛泡沫塑料中，可以中和掉一部分酸值，与金属材料复合使用时降低其腐蚀性。

泡沫炭是一种由孔泡和相互连接的孔泡壁组成的具有三维网状结构的轻质多孔材料。依据其孔壁的微观结构，可以分为石墨化和非石墨化泡沫炭。除具有炭材料的常规性能外，泡沫炭还具有密度小、强度高、抗热震、易加工等特性和良好的导电、导热、吸波等物理和化学性能，通过与金属或非金属复合，可以获得高性能的结构材料。这些优异的性能使泡沫炭在化工、航空航天、电子等诸多技术领域极具应用潜力。酚醛树脂含碳量高，是制备碳材料的理想前驱体。将酚醛泡沫材料在惰性气体保护下，经过高温炭化，可以得到泡沫炭材料。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种粉煤灰表面改性处理方法，选择两种或两种以上的无机酸酯类偶联剂进行复配，取代传统的有机硅烷偶联剂，达到降低成本、提高粉煤灰表面处理效果的目的。

本发明的另一目的是将改性后的粉煤灰微珠添加到酚醛泡沫塑料材料中，针对酚醛泡沫塑料存在的脆性大，易粉化、固化物对金属材料有腐蚀性的突出问题，采用改性粉煤灰对酚醛泡沫塑料进行填充，从而提高材料的力学性能、阻燃性能，降低其腐蚀性。

本发明的目的之三是针对酚醛泡沫塑料在制备泡沫炭材料的炭化工艺过程中收缩率大、成品率低的问题，采用改性粉煤灰对酚醛泡沫塑料进行填充作为刚性骨架，提高酚醛泡沫在炭化过程的尺寸稳定性，制备出轻质隔热的泡沫炭材料，并实现粉煤灰的有效综合利用。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种改性粉煤灰填充的酚醛泡沫塑料，包括下述质量比的原料：

酚醛树脂         80-120份；

改性粉煤灰微珠   5-30份；

发泡剂           2-30份；

泡沫稳定剂       0.5-6份；

固化剂           5-40份。

进一步地，所述改性粉煤灰微珠为粉煤灰经与复合偶联剂活化处理、烘烤筛选分理出的粉煤灰微珠。

进一步地，所述酚醛树脂为热固性酚醛树脂，是苯酚-甲醛、间苯二酚-甲醛或甲酚-糠醛中的一种或多种组合物；

所述发泡剂为环保型发泡剂，是无氯氢氟烃类(HFC)：1,1,1,3,3-五氟丙烷(HFC-245fa)、1,1,1,3,3-五氟丁烷（HFC-365mfc），或烃类碳烃化合物(HC)：正戊烷、异戊烷中的一种或多种组合；

所述泡沫稳定剂是有机硅油类化合物：二甲基硅油、十二烷基苯磺酸钠、吐温类：吐温-80或吐温-40中的一种或多种组合；