一种低密度高强度与韧性的结构改性三聚氰胺硬泡材料制备与应用制造技术

本发明专利技术属于功能高分子材料技术领域，特别涉及了一种低密度高强度与韧性的结构改性三聚氰胺硬泡材料制备与应用。本发明专利技术具体采用72

【技术实现步骤摘要】
一种低密度高强度与韧性的结构改性三聚氰胺硬泡材料制备与应用


[0001]本专利技术属于功能高分子材料
，特别涉及了一种低密度高强度与韧性的结构改性三聚氰胺硬泡材料制备与应用。

技术介绍

[0002]密胺硬质泡沫又名三聚氰胺甲醛树脂硬质泡沫，是由密胺树脂通过发泡工艺制得的泡沫材料。密胺硬质泡沫材料因其独特的孔隙结构和化学性质，具有阻燃隔热、减震抗噪等特性，因此被广泛应用在建筑材料、车辆工程等领域。
[0003]然而，在实际应用中发现，密胺硬质泡沫材料在较高表观密度时其力学性能尚可，但随着表观密度的降低，其力学性能也会随之显著下降，甚至丧失，同时材料的粉末化更为严重，这严重限制了材料的实际应用。
[0004]例如，CN112279987A公开一种硬质密胺泡沫的制备方法，其将改性密胺树脂与硅油、复合发泡剂以及复合固化剂混合在85℃的烘箱中发泡35min，再放入120℃的鼓风干燥箱内熟化6h得到硬质密胺泡沫，其密度在56kg/m3、闭孔率为80％、吸水率为9.6％、压缩强度为337kPa、弯曲强度为0.41MPa。所得泡孔材料具有相对较好的强度性能。
[0005]CN106832164A公开了一种硬质泡沫用三聚氰胺氨基树脂的制备方法，其在三聚氰胺甲醛树脂中依次加入发泡剂、乳化剂以及固化剂，混合均匀后浇注于模具中，80℃下发泡30min，120℃下熟化60min，得到三聚氰胺氨基树脂硬质泡沫，其密度为30.1kg/m3，抗压强度为130kPa，氧指数为30.5％，闭孔率90.3％。该材料的密度相对较低，其它主要的强度性能也较低。
[0006]文献《三聚氰胺硬质泡沫的性能及应用》公开了一种三聚氰胺硬质泡沫，其阻燃等级可达GB/T8624
‑
2012 B1级，氧指数≥39％，600s产烟量为136m2、导热系数≤0.030W/(m
·
K)、体积吸水率≤1.4％，然而其密度在40kg/m3时，压缩强度却只有230kPa。
[0007]事实上，从实际应用的角度看，尽管上述已列出资料中密胺材料在少量单项性能指标有较好的表现，但远不能满足实际使用条件下对材料性能的综合要求。另一方面，在目前公开相关文献中，未被列出的泡孔材料的性能，事实上存在着十分明显的局限性，比如密胺泡孔材料自身易脆性及泡孔表面极易粉化的缺陷，尤其是在低密度条件下的表面触摸、触碰即粉化的问题，尽管没有被提及，但事实上这些问题从根本上制约了密胺泡孔材料的应用。
[0008]为此，针对现有密胺硬质泡沫材料，在低密度时综合性能显著下降甚至丧失，以及易碎易粉末化的问题，本专利技术从改造固化分子结构的角度出发，开发了一种可同时兼顾低密度、高强度及韧性等，综合技术性能良好的结构改性的三聚氰胺硬泡材料。

技术实现思路

[0009]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种兼具高强度、高韧性及低密度的综合
性能良好的密胺硬泡材料，更有利于拓展密胺新型泡孔材料在高性能隔热保温材料、吸附材料、隔音材料等领域的应用。
[0010]具体地，本专利技术在三聚氰胺三嗪环结构的刚度优势基础上，通过加成、醚化及后期的缩聚等反应过程，实现对密胺树脂大分子的结构增韧，显著提高密胺树脂的强度与韧性，进而获得一种兼具高强度、高韧性及低密度的综合性能良好的密胺硬泡材料。
[0011]本专利技术所述的三聚氰胺树脂改性硬泡材料是采用三聚氰胺树脂预聚物反应获得；所述三聚氰胺树脂预聚物是通过下述配料反应制得：72
‑
108份多聚甲醛，65
‑
80份水，4
‑
8份醇胺溶液，151
‑
152份三聚氰胺，15
‑
30份丙烯酰胺及衍生物，124
‑
188份羟烷基丙烯酸酯。
[0012]其中，多聚甲醛为一种高密度、高结晶性的线型预聚合物，本专利技术选择多聚甲醛，有利于促进醇胺基团的反应，也利于调整反应体系的固含量；醇胺类物质可作为酸碱控制剂，能够相对准确实现对反应体系pH的控制，同时也可参与三聚氰胺间的加成反应；丙烯酰胺类物质可有效实现三聚氰胺树脂的结构增韧；而羟烷基丙烯酸酯类物质则有利于改善三聚氰胺树脂的结构柔性。
[0013]通过多聚甲醛、醇胺溶液、丙烯酰胺及衍生物及羟烷基丙烯酸酯的协同作用，实现对密胺树脂大分子的结构增韧，显著提高密胺树脂的强度与韧性，进而获得一种兼具高强度、高韧性及低密度的综合性能良好的密胺硬泡材料。
[0014]基于本专利技术的以上的配料方案，其所述的羟烷基丙烯酸酯，包括羟甲基丙烯酸(甲)酯、羟乙基丙烯酸(甲)酯、羟丙基丙烯酸(甲)酯中的一种、两种或以上的丙烯酸酯类物质；所述的丙烯酰胺及衍生物，包括丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、羟乙基丙烯酰胺、N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺中的一种、两种或以上的物质，优选丙烯酰胺；所述的醇胺溶液，包括二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺中的一种，优选二乙醇胺或二异丙醇胺。
[0015]进一步，采用上述配料比的三聚氰胺树脂预聚体通过下述方法制得：
[0016](1)将多聚甲醛、水、醇胺溶液、三聚氰胺、丙烯酰胺及衍生物按比例混合并于75
‑
95℃溶解反应至出现容忍点；
[0017](2)将步骤(1)所得体系降温至50
‑
70℃，加入羟烷基丙烯酸酯，恒温反应2
‑
4h。
[0018]再进一步，将上述所制备的三聚氰胺树脂预聚物，用作进行高韧性与强度的三聚氰胺树脂泡孔材料制备的发泡液组分之一。具体地，采用了如下的配料组成制备了三聚氰胺树脂发泡液：120份三聚氰胺树脂预聚物，1.2
‑
2.0份乳化剂，4
‑
8份发泡剂，1.0
‑
1.6份泡孔稳定剂。
[0019]其中，所述的乳化剂为X
‑
401与OP
‑
10按照2:1的质量比的混合物。所述的发泡剂为常规的二氯乙烷、正己烷、环己烷或石油醚中的一种或几种，优选为环己烷。所述的泡孔稳定剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵或过氧化异丙苯中的一种或多种，优选为过硫酸钠。
[0020]本专利技术所述制备方法包括：将各原料混匀，发泡制得。所述发泡方式为微波发泡或烘箱发泡；微波发泡的条件为：功率400W，发泡时间0.5
‑
5min；烘箱发泡的条件为：在105
‑
155℃温度保温1
‑
4h。优选地，在微波发泡前，混合原料先在35
‑
60℃预热20
‑
40min，再进行发泡。
[0021]采用本专利技术所述制备方法得到的三聚氰胺硬泡材料，具有如下主要性能：表观密度25～40kg/m3左右，抗折强度≥380kPa，压缩强度≥500KPa，体积吸水率≤2.0％，弹性模量≤30MPa，弯曲模量≥640kPa。基于其性能优势，该三聚氰胺硬泡材料可应用于隔热保温...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低密度高强度与韧性的结构改性三聚氰胺硬泡材料的制备方法，其特征在于，首先按照以下方案制备三聚氰胺树脂预聚物：72
‑
108份多聚甲醛，65
‑
80份水，4
‑
8份醇胺溶液，151
‑
152份三聚氰胺，15
‑
30份丙烯酰胺及衍生物，124
‑
188份羟烷基丙烯酸酯。2.根据权利要求1所述的三聚氰胺树脂改性硬泡材料的制备方法，其特征在于，所述羟烷基丙烯酸酯选自羟甲基丙烯酸(甲)酯、羟乙基丙烯酸(甲)酯或羟丙基丙烯酸(甲)酯中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的三聚氰胺树脂改性硬泡材料的制备方法，其特征在于，所述丙烯酰胺及衍生物选自丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、羟乙基丙烯酰胺或N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺中的一种或多种，优选丙烯酰胺。4.根据权利要求3所述的三聚氰胺树脂改性硬泡材料的制备方法，其特征在于，所述三聚氰胺树脂预聚物通过下述方法制得：(1)将多聚甲醛、水、醇胺溶液、三聚氰胺、丙烯酰胺及衍生物按比例混合并于75
‑
95℃溶解反应至出现容忍点；(2)将步骤(1)所得体系降温至50
‑
70℃，加入羟烷基丙烯酸酯，恒温反应2
‑
4h。5.根据权利要求4所述的三聚氰胺树脂改性硬泡材料的制备方法，其特征在于，采用下述配料发泡成型制得：120份三聚氰胺树脂预聚物，1.2

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建，陈玉放，曹立久，靳涛，张新河，赵紫光，王衍庆，毛金元，张秀秀，王富斌，黄邦勇，
申请(专利权)人：雪峰创新北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：