[发明专利]一种木质素改性酚醛泡沫及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种木质素改性酚醛泡沫塑料制备方法，所制备的泡沫韧性提高，成本降低，是一种市场前景良好的产品。

 

背景技术

酚醛泡沫塑料是近几年发展起来的一类新型泡沫塑料，以其耐燃性好、发烟量低、高温性好、性能稳定、绝热隔热、隔音、易成型加工及较好的耐久性而名列所有泡沫塑料的前列，被称为“第三代新兴保温材料”或“保温之王”。 1960年以后，国内外公用建筑发生多起严重火灾，事故死亡大都是因为有毒气体窒息造成，引起公众及官方对建材特别是合成材料防火问题的重视。低毒、阻燃性酚醛树脂泡沫的优异性能，使之引发技术开发的高速发展。欧美各国在公共建筑设计方面均已广泛采用PF泡沫代替传统的聚合物及矿物为基础的隔热材料。总之，酚醛泡沫塑料行业已成为技术先进、产品多样化、设备自动化程度最高的新兴发展行业。

酚醛泡沫塑料的主要成分是酚醛树脂，由石化基原料苯酚和甲醛加成缩聚而成。酚醛树脂的生产和使用会给环境带来一定程度的污染，影响整个生态环境。在酚醛树脂的生产中，产生大量的废水，废水中主要是酚类和醛类物质，由原料苯酚和甲醛产生，若含酚废水不经处理就任意排放，对人类、鱼类以及农作物都会带来严重危害，而含酚废水的处理会大大增加产品成本。随着人类环境意识和资源危机的日益增强， 如何有效地综合利用生物质资源代替石化原料制备酚醛泡沫己被许多国家提到战略高度加以考虑。

木质素是广泛存在于植物体内的天然多酚类化合物，由愈疮木基、紫丁香基和对羟基苯丙烷三种基本结构单元组成，通过碳氧醚键和碳碳键形成的具有复杂的空间网络结构。在自然界，木质素每年以500亿吨的速度再生，制浆造纸工业每年要从植物中分理出1.4亿吨纤维素，同时得到5000万吨的木质素副产品。由于木质素与苯酚结构的相似性，国内外对木质素在酚醛树脂中的应用做了大量研究，并取得了一些进展，但绝大部分文献研究了木质素通过各种改性后用于木材胶黏剂方面，在酚醛泡沫领域中的研究甚少。LEE et al.( Journal of Applied Polymer Science, 2002) 用苯酚在酸性条件下液化木材，然后在碱性条件下与苯酚和甲醛进行加成缩聚反应制备甲阶酚醛树脂，并成功制备了酚醛泡沫，与普通酚醛泡沫性能相当。CN200810243419.4报道了木质素在碱性条件下以苯酚为溶剂液化木质素, 与苯酚甲醛缩聚制备甲阶酚醛树脂, 其性能指标达到石化产品水平，并与发泡助剂共混发泡。但是苯酚液化木质素只能替代苯酚10-20%苯酚质量制备甲阶酚醛树脂。CN101269930A报道了酶解木质素或其衍生物与苯酚和甲醛在碱性条件下加成缩合制备可发泡性树脂，与固化剂、发泡剂和表面活性剂充分混合发泡, 但采用的酶解木质素需在实验室中进一步纯化处理，增加了生产成本。CN101985492A公开了一种发泡用木质素改性甲阶酚醛树脂及其制备方法, 将木质素未经处理直接分批加入到酚醛树脂制备过程中，所用的木质素为玉米秸秆发酵制备生物丁醇、多聚糖产品的副产物粗酶解木质素，酶解木质素含量≥70％wt，分子量超过2000。

甲阶酚醛树脂分子量一般在1000以内，而木质素分子量一般在几千、几万甚至几十万之间，所以木质素不经预处理直接应用到甲阶酚醛树脂中活性太低，而且会造成酚醛树脂黏度大幅增加，给发泡过程的操作带来困难。

发明内容

为了解决现有技术存在的酚醛泡沫韧性较差、掉渣严重的缺点，同时充分利用可再生生物质资源。本发明提供了一种木质素改性酚醛泡沫及其制备方法。

本发明的技术方案为：一种木质素改性酚醛泡沫，以木质素改性酚醛树脂和常规的固化剂、表面活性剂和发泡剂为原料，其中木质素改性酚醛树脂的原料包括改性木质素、苯酚与甲醛。以改性木质素替代20%~50%质量的苯酚与苯酚、甲醛进行反应得到木质素改性酚醛树脂，固含量为75-85%的黑色液体，25℃时的黏度4000-10000mPa.S；所述的改性木质素为木质素在碱性条件下经过降解预处理得到的改性木质素，其中数均分子量≤500的木质素含量≥55%wt；木质素改性酚醛泡沫塑料的密度30~80 kg/cm³；闭孔率≥80％；压缩10％的压缩强度达到100~150 KPa,掉渣率降至1.0~2.0%；10℃的导热系数≤0.02W/(m·k)；最高使用温度150℃；临界氧指数≥45％；最大烟密度≤3.0％；尺寸稳定性V/V≤2.0％；吸水率≤7.0％。