水溶性酚醛树脂/金属磷酸盐复合发泡保温材料的制备

摘要

目前，建筑能耗已经成为我国的三大能源消耗之一。耗能高以及能源利用效率很低是我国建筑普遍存在的缺点和现象，与相似气候条件下的国家相比，我国单位建筑能耗要高出2～3倍，建筑能耗约占社会总能耗的四分之一，为了缓解我国能源紧张的压力，为了社会的可持续发展，应大力推进建筑节能。建筑节能的重点在于建筑外墙保温，大力推广外墙保温材料的使用是减少建筑能耗的有效方法。但目前常用的外墙保温材料均存在某些性能不足和安全弊端，因此开发新型的保温性能良好、成本较低的不燃性保温材料迫在眉睫。
　　本文以制备一种兼具无机保温材料优异不燃性能和有机保温材料良好保温性能的复合发泡保温材料为目的，向无机体系中加入有机高分子材料，使无机体系和增韧树脂复合发泡制备成复合发泡保温材料。
　　含磷化合物阻燃性能优异，且磷酸铝盐具有高粘结性，因此本文选择金属磷酸盐做为无机保温材料的基体，利用磷酸、氢氧化铝、氧化镁、氧化锌、碳酸钙在常温下反应发泡固化成型的原理，制备金属磷酸盐无机发泡材料。通过正交试验优化了发泡材料的配比并确定了制备工艺参数，体系中金属原子与磷原子摩尔比M/P为0.7～0.9，磷酸盐溶液发泡粘度为12～20mPa·s，发泡材料的固化制度为在80℃条件下保温4小时。制得的无机发泡材料的导热系数为0.0639W/m·K，不燃性能较为优异，符合国家A级不燃材料标准，抗压强度为27.8kPa，易脆率为18.9％，力学性能较差，需要进一步的增韧改性。
　　从改善金属磷酸盐无机发泡材料的力学性能出发，选择水溶性酚醛树脂做为增韧树脂。采用两步碱催化法合成了水溶性酚醛树脂，甲醛苯酚摩尔比为2.5:1，体系的温度应控制在85℃为宜。所制得的水溶性酚醛树脂抗压强度为7.8MPa，吸水率为24.6%。针对酚醛树脂脆性较大的情况，对其进行了化学改性。用内增韧的方式对酚醛树脂进行改性，合适的聚乙烯醇添加量为苯酚甲醛总量的4.5%。与未改性的酚醛树脂相比，聚乙烯醇改性酚醛树脂的抗压强度增加到9.6MPa，吸水率降低到16.2%。红外光谱分析表明聚乙烯醇改性酚醛树脂在酚醛树脂结构中引入了烯烃的长链，改善了酚醛树脂的韧性，热重分析发现聚乙烯醇在改善酚醛树脂力学性能和吸水性的同时对酚醛树脂的耐热性并没有较大影响。
　　利用金属磷酸盐体系做为无机骨架，改性水溶性酚醛树脂做为增强体，复合发泡制备了改性水溶性酚醛树脂/金属磷酸盐复合发泡保温板。分析了树脂加入量对复合材料各项性能影响的关系，最终确定了合适的树脂添加量为25%。所制得复合发泡材料的抗压强度为213.7KPa，导热系数为0.0314W/m·K，表观密度为0.467g/cm3，体积吸水率为5.7%，易脆率为7.6%，不燃性实验结果显示，炉内升温为33.6℃，燃烧前后质量损失为36.1%，持续火焰时间为0s，满足了A级不燃性材料标准。与金属磷酸盐无机发泡板相比，抗压强度是无机发泡板的7.7倍，导热系数降低了51%，吸水率降低了62%，符合A级不燃保温材料的标准。

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第1章 绪 论

1.1研究背景

1.2保温材料的保温机理

1.3外墙保温材料的分类

1.4外墙保温材料存在的问题及发展趋势

1.5外墙保温材料国内外研究现状及发展趋势

1.6本文的研究目的及主要内容

第2章 实验材料、方法及设备

2.1实验材料

2.2实验设备与仪器

2.3材料的表征测试方法

第3章 无机发泡板的制备及表征

3.1引言

3.2金属磷酸盐无机发泡板的制备

3.3无机发泡板质量的影响因素

3.4无机发泡板的性能测试及表征

3.5本章小结

第4章 水溶性酚醛树脂的合成与改性

4.1引言

4.2增韧有机物的选择

4.3水溶性酚醛树脂的制备

4.4水溶性酚醛树脂的改性研究

4.5本章小结

第5章 复合发泡保温板的制备与研究

5.1引言

5.2复合发泡保温板的发泡成型原理

5.3复合发泡保温板的制备工艺

5.4复合发泡板的性能测试及表征

5.5本章小结

结论

参考文献

声明

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