保温材料酚醛及其改性泡沫的制备.
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无色结晶或白色小球状固体 。 催化剂 :苯磺酸及各种无机酸 。 表面活性剂 :烷基酚聚氧乙烯醚类 。 发泡剂 :复合发泡剂 。
2. 2 树脂的合成工艺及泡沫的制备 2. 2. 1 可发性树脂的合成 (见图 1)
图 1 可发性树脂的合成图
2. 2. 2 树脂发泡 (见图 2)
图 2 树脂发泡工艺流程图
2. 3 泡沫性能测试 表观密度 :测定标准 ASTMDl662 压缩强度 :测定标准 ISO R844 测定仪器 :万能材料试验机 , ISTRONll85 型 ;英国
ISTRON 公司制造 。 吸水率 :测定标准 ISO DPl707 导热系数 :平板直接法 热稳定性 :选取泡沫试样 ,准确称重 ,测定其体积
然后置于烘箱中 ,于 145 ℃保温 ,经过一段时间后 ,冷 却至室温 ,测定其体积和重量 ,计算其变化 。
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
第4期
·施工与维护·
27
3 结果和讨论
对于隔热保温材料来说 ,导热系数的大小是一个 非常重要的指标 。导热系数低 ,保温效果好 ,能量损失 少 。导热系数与泡沫的结构是密切相关的 (见表 3) 。
表 3 泡沫的导热系数
发泡方式
常温发泡
加热发泡 尿素改性发泡
导热系数 ( W/ m·k) 01033
01028
01035
3. 4 泡沫的稳定性 按照前述方法 ,测定了泡沫的热稳定性 。烘烤后
表 1 压缩强度与容重的关系
容重 ( kg/ m3)
3510 4010 4510 5010 5510 6010 6510 8010
常温发泡
酚醛
压缩强度 (N/ cm3) 加热发泡
619
719
917 1119 1414 1710 1919
压缩强度 (N/ cm3) 1215 1610 2010 2410 2815 3310 3715 5410
3136
11133
4156
14150
8124
加热发泡 (容重 83120
kg/ m3) 0180 0196 1128 1184 2183 4100 5176
泡沫的吸水率随容重的变化而变化 ,容重越大 ,泡 孔越细密 ,吸水率越小 ,但变化量并不大 。影响比较大 的还是配方 、工艺等 。对于加热发泡 ,树脂固化得比较 好 ,泡沫闭孔率较高 ,所以吸水率比常温发泡低 ,吸水 量还不到原来的一半 (见表 2) 。 3. 3 泡沫的导热系数
加热发泡工艺由于时间上比较从容 ,所以在实际 应用中比较好掌握 ,在发泡过程中也可以用机械搅拌 代替人工搅拌 ,这对减轻劳动强度 ,提高产品质量大有 好处 。 3. 1 泡沫的压缩强度
在泡沫的制备过程中 ,树脂交联固化得越完全 ,闭 孔率越高 ,其强度也应该越高 。我们用常温发泡和加 热发泡两种方法制备泡沫 ,并且改变容重 ,测量结果表 明 ,压缩强度随容重的增加而增加 ,加热发泡之压缩强 度比常温发泡高出一倍左右 ,详见表 1 。
样品的体积基本上没有变化 。改变发泡工艺后的泡沫
尺寸稳定性仍然很好 ,在耐热性能上与常温发泡没有 明显区别 ,重量的变化也基本相同 (见表 4) 。
表 4 泡沫的耐热稳定性
烘烤前重量 (g) 烘烤后重量 (g) 重量变化率 %
酚醛泡沫常温发泡
716
710
7189
酚醛泡沫加热发泡
619
613
8170
发泡 。
4 结论
本文运用加热发泡工艺制备酚醛泡沫 ,使泡沫比 常温发泡均匀 、细腻 ,便于施工和生产 ,并且泡沫的主 要性能均有较大的提高 :压缩强度提高一倍 ,吸水率降 至原 来 的 一 半 , 导 热 系 数 由 0. 033W/ m ·k 降 至 0. 028W/ m·k ;尿素改性酚醛泡沫在性能上与常温发泡 的酚醛泡沫相近或稍好 ,但成本可大大降低 。酚醛泡 沫的优异性能为在管道上的应用提供了广泛的应用前 景。
(收稿日期 :1999 年 3 月 24 日)
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
常温发泡 (容重 56121
kg/ m3) 3174 5114 6136 8132 11150 13146 15161
吸水率 (g/ 100cm3)
常温发泡 (容重 64104
kg/ m3)
加热发泡 (容重 25160
kg/ m3)
2192
1120
4125
1128
5150
1144
8100
2140
9167
加热发泡是这样一个过程 :将树脂和各种助剂 (表 面活性剂 、发泡剂 、固化剂) 充分地混合均匀后 ,倒人模 具中 ,然后将模具放人预先调好温度的烘箱中 ,待一定 时间泡沫固化完全后取出 、脱模 ,就可以得到表面光 滑 、泡孔均匀 、细腻的酚醛泡沫制品了 。
从这个过程可以看出 ,加热发泡不象常温发泡那 样匆忙 ,它是在一定温度下经过一段时间熟化 ,缓慢 、 均匀地从可发性逐步形成泡沫体的 。从性能上表现出 在同样的容重下 ,加热发泡的泡沫压缩强度明显高于 常温发泡的泡沫强度 ,吸水率显著下降 ,各种性能均有 提高 。
1 前 言
酚醛泡沫由于价廉 ,是目前国外合成泡沫中发展 较快的品种 ,近年来消费量迅速增长 ,应用范围不断扩 大 。1968 年以前世界消费量还不到 1000t ,而到 1986 年已达成 40000t ,90 年代预计达到 85000t ,酚醛泡沫 已成为“保温材料新的候补者”。酚醛泡沫具有许多优 点 : (1) 导热系数一般为 0. 02～0. 04W/ m·k ,接近于 PU 硬泡 ,优于目前建筑业中广泛使用的 PS 泡沫 ; (2) 长期使用温度一般可达 140～160 ℃; (3) 氧指数一般 为 35～50 % ,而 PU 硬泡一般为 25～28 ; (4) 成本低 廉 ,工程造价比聚氨酯低 30 %～50 %。近年来 ,国外 对其原料 、工艺及设备都进行了大量的研究工作 ,并已 制得具有高强度 、可忽略的酸性 、没有闷火燃烧性及较 低导热系数的泡沫 ,有力地促进了酚醛泡沫在各领域 的应用 。最初 ,酚醛泡沫的生产工艺是常温发泡 ,就是 酚醛树脂与固化剂混合 、倒入模具后 ,不需要加热就直 接发泡成型 ,这一工艺的优点是简单 、方便 ,可在现场 发泡 ,但也存在不足 :发泡诱导时间短 ,大的模具来不 及充模 ,酸多 、泡沫性能差 。随着生产工艺的不断完 善 ,我们尝试用加热发泡的方法制备酚醛泡沫 ,并为降 低成本 ,开始研制尿素改性酚醛泡沫 (采用加热发泡) 。 用加热方法制备的酚醛泡沫除外观光滑 ,泡沫体细密 外 ,其各方面性能也都较常温发泡有很大的提高 。下 面具体介绍该产品的制备情况 。
2 试制
2. 1 原料来源及规格 苯酚 :分折纯 , 北京化学 试 剂 二 厂 产 , 含 量 大 于
95 % ,无色针状结晶体 。 甲醛 : 分 析 纯 , 北 京 化 工 三 厂 产 , 含 量 36 % ～
38 % ,无色透明液体 ,有刺激性气味 。 尿素 : 分析纯 ,南京栖霞山化肥厂产 ,含量 99 % ,
26
管道技术与设备
1999 年
保温材料 ———酚醛及其改性泡沫的制备
辛 勇 中国石油天然气总公司管道科学研究院 河北省廊坊市 065000
【摘要】本文介绍两种酚醛泡沫的制备 ,一种是用 加热方法制备酚醛泡沫 ,另一种是尿素改性酚醛泡沫 的制备 。用加热方法制备的酚醛泡沫 ,其性能比常温 发泡有很大改观 :泡沫的压缩强度较常温发泡提高一 倍左右 ,吸水率降至原来的一半 ,导热系数由原来的 0. 033W/ m·k 降至 0. 028W/ m·k ,泡沫很均匀 、细腻 。 尿素改性酚醛泡沫 ,其性能介于加热发泡和常温发泡 两种酚醛泡沫之间 ,但可降低成本 。二者在管道保温 领域都有很广阔的应用市场 。 关键词 : 酚醛泡沫 加热发泡 保温材料 制造
加热发泡
尿醛 压缩强度 (N/ cm3)
712
814 1015 1318 1610 1912 2310 3510
312 泡沫的吸水率 泡沫的孔结构对泡沫的吸水率影响很大 ,孔大 、开
孔率高 、粗糙 ,吸水率就大 ,相反 ,吸水率就小 。
表 2 泡沫的吸水率与时间的关系
时间 ( h)
1 2 4 8 16 24 48
来自百度文库尿素改性酚醛泡沫
8127
3 重量的损失是因一些水分及残存的小分子损失造成的 。
3. 5 泡沫的孔结构
从相差显微镜和电子显微镜的照片上可以看出 :
加热发泡所制得的泡沫 ,泡孔均匀 、细腻 、结构规整 。
相比之下 ,常温发泡的泡孔结构则差得很多 ,这更直观
地说明了为什么加热发泡的泡沫各项性能均优于常温
2. 2 树脂的合成工艺及泡沫的制备 2. 2. 1 可发性树脂的合成 (见图 1)
图 1 可发性树脂的合成图
2. 2. 2 树脂发泡 (见图 2)
图 2 树脂发泡工艺流程图
2. 3 泡沫性能测试 表观密度 :测定标准 ASTMDl662 压缩强度 :测定标准 ISO R844 测定仪器 :万能材料试验机 , ISTRONll85 型 ;英国
ISTRON 公司制造 。 吸水率 :测定标准 ISO DPl707 导热系数 :平板直接法 热稳定性 :选取泡沫试样 ,准确称重 ,测定其体积
然后置于烘箱中 ,于 145 ℃保温 ,经过一段时间后 ,冷 却至室温 ,测定其体积和重量 ,计算其变化 。
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
第4期
·施工与维护·
27
3 结果和讨论
对于隔热保温材料来说 ,导热系数的大小是一个 非常重要的指标 。导热系数低 ,保温效果好 ,能量损失 少 。导热系数与泡沫的结构是密切相关的 (见表 3) 。
表 3 泡沫的导热系数
发泡方式
常温发泡
加热发泡 尿素改性发泡
导热系数 ( W/ m·k) 01033
01028
01035
3. 4 泡沫的稳定性 按照前述方法 ,测定了泡沫的热稳定性 。烘烤后
表 1 压缩强度与容重的关系
容重 ( kg/ m3)
3510 4010 4510 5010 5510 6010 6510 8010
常温发泡
酚醛
压缩强度 (N/ cm3) 加热发泡
619
719
917 1119 1414 1710 1919
压缩强度 (N/ cm3) 1215 1610 2010 2410 2815 3310 3715 5410
3136
11133
4156
14150
8124
加热发泡 (容重 83120
kg/ m3) 0180 0196 1128 1184 2183 4100 5176
泡沫的吸水率随容重的变化而变化 ,容重越大 ,泡 孔越细密 ,吸水率越小 ,但变化量并不大 。影响比较大 的还是配方 、工艺等 。对于加热发泡 ,树脂固化得比较 好 ,泡沫闭孔率较高 ,所以吸水率比常温发泡低 ,吸水 量还不到原来的一半 (见表 2) 。 3. 3 泡沫的导热系数
加热发泡工艺由于时间上比较从容 ,所以在实际 应用中比较好掌握 ,在发泡过程中也可以用机械搅拌 代替人工搅拌 ,这对减轻劳动强度 ,提高产品质量大有 好处 。 3. 1 泡沫的压缩强度
在泡沫的制备过程中 ,树脂交联固化得越完全 ,闭 孔率越高 ,其强度也应该越高 。我们用常温发泡和加 热发泡两种方法制备泡沫 ,并且改变容重 ,测量结果表 明 ,压缩强度随容重的增加而增加 ,加热发泡之压缩强 度比常温发泡高出一倍左右 ,详见表 1 。
样品的体积基本上没有变化 。改变发泡工艺后的泡沫
尺寸稳定性仍然很好 ,在耐热性能上与常温发泡没有 明显区别 ,重量的变化也基本相同 (见表 4) 。
表 4 泡沫的耐热稳定性
烘烤前重量 (g) 烘烤后重量 (g) 重量变化率 %
酚醛泡沫常温发泡
716
710
7189
酚醛泡沫加热发泡
619
613
8170
发泡 。
4 结论
本文运用加热发泡工艺制备酚醛泡沫 ,使泡沫比 常温发泡均匀 、细腻 ,便于施工和生产 ,并且泡沫的主 要性能均有较大的提高 :压缩强度提高一倍 ,吸水率降 至原 来 的 一 半 , 导 热 系 数 由 0. 033W/ m ·k 降 至 0. 028W/ m·k ;尿素改性酚醛泡沫在性能上与常温发泡 的酚醛泡沫相近或稍好 ,但成本可大大降低 。酚醛泡 沫的优异性能为在管道上的应用提供了广泛的应用前 景。
(收稿日期 :1999 年 3 月 24 日)
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
常温发泡 (容重 56121
kg/ m3) 3174 5114 6136 8132 11150 13146 15161
吸水率 (g/ 100cm3)
常温发泡 (容重 64104
kg/ m3)
加热发泡 (容重 25160
kg/ m3)
2192
1120
4125
1128
5150
1144
8100
2140
9167
加热发泡是这样一个过程 :将树脂和各种助剂 (表 面活性剂 、发泡剂 、固化剂) 充分地混合均匀后 ,倒人模 具中 ,然后将模具放人预先调好温度的烘箱中 ,待一定 时间泡沫固化完全后取出 、脱模 ,就可以得到表面光 滑 、泡孔均匀 、细腻的酚醛泡沫制品了 。
从这个过程可以看出 ,加热发泡不象常温发泡那 样匆忙 ,它是在一定温度下经过一段时间熟化 ,缓慢 、 均匀地从可发性逐步形成泡沫体的 。从性能上表现出 在同样的容重下 ,加热发泡的泡沫压缩强度明显高于 常温发泡的泡沫强度 ,吸水率显著下降 ,各种性能均有 提高 。
1 前 言
酚醛泡沫由于价廉 ,是目前国外合成泡沫中发展 较快的品种 ,近年来消费量迅速增长 ,应用范围不断扩 大 。1968 年以前世界消费量还不到 1000t ,而到 1986 年已达成 40000t ,90 年代预计达到 85000t ,酚醛泡沫 已成为“保温材料新的候补者”。酚醛泡沫具有许多优 点 : (1) 导热系数一般为 0. 02～0. 04W/ m·k ,接近于 PU 硬泡 ,优于目前建筑业中广泛使用的 PS 泡沫 ; (2) 长期使用温度一般可达 140～160 ℃; (3) 氧指数一般 为 35～50 % ,而 PU 硬泡一般为 25～28 ; (4) 成本低 廉 ,工程造价比聚氨酯低 30 %～50 %。近年来 ,国外 对其原料 、工艺及设备都进行了大量的研究工作 ,并已 制得具有高强度 、可忽略的酸性 、没有闷火燃烧性及较 低导热系数的泡沫 ,有力地促进了酚醛泡沫在各领域 的应用 。最初 ,酚醛泡沫的生产工艺是常温发泡 ,就是 酚醛树脂与固化剂混合 、倒入模具后 ,不需要加热就直 接发泡成型 ,这一工艺的优点是简单 、方便 ,可在现场 发泡 ,但也存在不足 :发泡诱导时间短 ,大的模具来不 及充模 ,酸多 、泡沫性能差 。随着生产工艺的不断完 善 ,我们尝试用加热发泡的方法制备酚醛泡沫 ,并为降 低成本 ,开始研制尿素改性酚醛泡沫 (采用加热发泡) 。 用加热方法制备的酚醛泡沫除外观光滑 ,泡沫体细密 外 ,其各方面性能也都较常温发泡有很大的提高 。下 面具体介绍该产品的制备情况 。
2 试制
2. 1 原料来源及规格 苯酚 :分折纯 , 北京化学 试 剂 二 厂 产 , 含 量 大 于
95 % ,无色针状结晶体 。 甲醛 : 分 析 纯 , 北 京 化 工 三 厂 产 , 含 量 36 % ～
38 % ,无色透明液体 ,有刺激性气味 。 尿素 : 分析纯 ,南京栖霞山化肥厂产 ,含量 99 % ,
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管道技术与设备
1999 年
保温材料 ———酚醛及其改性泡沫的制备
辛 勇 中国石油天然气总公司管道科学研究院 河北省廊坊市 065000
【摘要】本文介绍两种酚醛泡沫的制备 ,一种是用 加热方法制备酚醛泡沫 ,另一种是尿素改性酚醛泡沫 的制备 。用加热方法制备的酚醛泡沫 ,其性能比常温 发泡有很大改观 :泡沫的压缩强度较常温发泡提高一 倍左右 ,吸水率降至原来的一半 ,导热系数由原来的 0. 033W/ m·k 降至 0. 028W/ m·k ,泡沫很均匀 、细腻 。 尿素改性酚醛泡沫 ,其性能介于加热发泡和常温发泡 两种酚醛泡沫之间 ,但可降低成本 。二者在管道保温 领域都有很广阔的应用市场 。 关键词 : 酚醛泡沫 加热发泡 保温材料 制造
加热发泡
尿醛 压缩强度 (N/ cm3)
712
814 1015 1318 1610 1912 2310 3510
312 泡沫的吸水率 泡沫的孔结构对泡沫的吸水率影响很大 ,孔大 、开
孔率高 、粗糙 ,吸水率就大 ,相反 ,吸水率就小 。
表 2 泡沫的吸水率与时间的关系
时间 ( h)
1 2 4 8 16 24 48
来自百度文库尿素改性酚醛泡沫
8127
3 重量的损失是因一些水分及残存的小分子损失造成的 。
3. 5 泡沫的孔结构
从相差显微镜和电子显微镜的照片上可以看出 :
加热发泡所制得的泡沫 ,泡孔均匀 、细腻 、结构规整 。
相比之下 ,常温发泡的泡孔结构则差得很多 ,这更直观
地说明了为什么加热发泡的泡沫各项性能均优于常温