含有空心玻璃微球环氧泡沫材料的配方研究

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环氧树脂具有粘结性好、强度高、无毒、常温固化、可发泡以及稳定性好等特点。以其为基料,添加空心玻璃微球,并用铝粉发泡,可制成环氯泡沫保温材料。这种保温材料具有保温性好、吸水性小、无毒、耐热性及防火性好等优点,并兼有吸声及阻尼效果。该材料的研究和应用,弥补了我国有机保温材料防火性差、有毒性以及适用范围窄等不足。它在建筑、交通、工业及国防等领域具有广阔的应用前景。

采用双酚A环氧树脂,以铝粉和NaOH溶液为发泡剂,添加空心玻璃微球等材料制得环氧保温材料。结果表明,该材料具有保温性好、防火、无毒、吸水率低等优点,并兼有吸声和阻尼效果。

配方主要原料

(1)双酚A环氧树脂

(2)固化剂。采用2种固化剂:聚酰胺固化剂(固化剂-1)及脂肪酸改性多元胺固化剂(固化剂-2)。

(3)发泡材料。一般国产有机发泡剂的毒性较大,不能采用;而铝粉在碱性条件下反应,生成的氢气及A1(OH)3胶体,均无毒,A1(OH)3还有很好的阻燃性,对提高保温材料的阻燃性有益。故采用铝粉和NaOH溶液为发泡材料。

(4)空心玻璃微球。提高保温材料孔隙率是改善保温材料性能的有效措施之一。提高孔隙率可以采用以下2种方法:一是发泡,二是选用空心填料。单纯依靠发泡来提高孔隙率会造成材料的强度及硬度降低,力学性能下降。因此,在发泡的同时,有必要引入合适的空心玻璃微球作填料,在不影响力学性能的基础上,改善保温性能。空心玻璃微球指标:粒径10~180微米,堆积密度120kg/m3;

(5)其它材料。采用95%乙醇(工业纯)为稀释剂,阻燃剂为海洋化工研究院生产的无毒性阻燃剂。

配方工艺及成型

工艺流程:将环氧树脂用乙醇稀释,加入铝粉、空心玻璃微球及固化剂,搅拌均匀;然后滴人适量NaOH溶液,迅速搅拌均匀,将形成的混合料注入模具中;混合料在60~110min以内逐渐发泡、膨胀并硬化成型,脱模后即为所需保温材料。

工艺参数:成型温度和湿度:10~30℃,相对湿度70%~95%;搅拌:转速300次/min,时间10min;浇注成型,固化时间60~110min。

固化剂种类及用量的影响

固化剂-l的固化速度较慢。其掺量为5%~20%,固化时间为l10~50min 。由于固化时间长,混合料有足够的时间充分发泡,有利于形成数量多且分布均匀的孔隙。因此,所形成材料的孔隙率较高,表观密度较低,但强度偏低。固化剂-2的固化速度快,掺量为5%~15%时,固化时间仅为65~30min,混合料粘度迅速增加,影响了气泡的形成,故材料密度较大,孔隙率小,强度较高。根据上述结果,选择固化速度较慢的固化剂-1,以便材料充分发泡,提高孔隙率,降低表观密度,使材料具有优良的保温性能。固化剂-l的用量为10%~15%,材料不仅孔隙较多,而且还具有一定的强度。

发泡材料的影响

当铝粉用量由0.3%增至0.6%时,发泡数量增加,因此,表观密度明显降低,孔隙率提高,而强度降低。孔隙(包括开口孔隙)增多,吸水率增大。为使保温材料具有较好的保温性能,同时具有一定的强度,且吸水率较低,铝粉的用量以0.4%~0.5%为宜。饱和NaOH溶液的实验结果与铝粉类似,但它对吸水率及强度的影响更显著,掺量为0.5%时性能较好。

空心玻璃微球的影响

解决保温性能与其它性能矛盾的有效措施是引入空心玻璃微球。空心玻璃微球本身是多子孔的(且孔隙封闭),堆积密度小,可明显提高材料的孔隙率,并且填充粗大孔隙,使材料的孔隙构造发生变化,在改善保温性能的同时,不会造成吸水率增大或强度降低。

(1)当空心玻璃微珠掺量在8%~40%时,随着微珠用量增加,材料的表观密度降低,吸水率也降低,而强度提高。说明引入空心玻璃微球确实可以改善材料的综合性能。但当空心玻璃微珠用量超出40%,达到56%时,由于混合料过干,造成发泡困难,影响了性能。所以空心玻璃微珠掺量不宜超过40%。

(2)当将不同的空心玻璃微球搭配使用时,其效果比掺等量同一种的空心玻璃微珠更好。如空心玻璃微球掺量均为24%时,掺3种空心玻璃微球(等量)的材料要比单独掺空心玻璃微球的材料更轻,强度也略有增加。

结 论

(1)以双酚A环氧树脂为基料,添加空心玻璃微球,用铝粉和饱和NaOH溶液发泡,并加固化剂-1及适量阻燃剂,可制成任意尺寸和形状的环氧泡沫保温材料制品。

(2)较佳配比:固化剂—1掺量为10%一15%;铝粉用量为0.4%~0.5%;饱和NaOH溶液用量0.5%;空心玻璃微球掺量8%~40%,阻燃剂适量。

(3)材料具有保温性好、吸水率低、防火性好、无毒等特点,具有较高的强度、耐热性,并兼有吸声、阻尼减振等效果。