論文 巖棉用酚醛樹(shù)脂體系

1、精選文檔巖棉生產(chǎn)用酚醛樹(shù)脂體系的爭(zhēng)辯隨著巖棉制品的進(jìn)展，用于生產(chǎn)巖棉保溫材料的酚醛樹(shù)脂膠粘劑爭(zhēng)辯也不斷深化。過(guò)去對(duì)于巖棉樹(shù)脂的爭(zhēng)辯與巖棉產(chǎn)品的性能要求以及生產(chǎn)工藝結(jié)合不夠緊密，而隨著巖棉生產(chǎn)裝備的日益成熟，對(duì)巖棉的生產(chǎn)工藝提出了更高的要求，對(duì)生產(chǎn)工藝中的各要素以及要素間協(xié)作的爭(zhēng)辯也日益突顯。一、水溶性酚醛樹(shù)脂的反應(yīng)機(jī)理： 巖棉具有優(yōu)異的絕熱性能，所以做為保溫材料被大量用于建筑保溫領(lǐng)域，因此要求巖棉產(chǎn)品具有較好的耐老化性、憎水性、尺寸穩(wěn)定性以及低毒環(huán)保等特性。依據(jù)這些特性以及生產(chǎn)工藝的要求，應(yīng)用于生產(chǎn)巖棉制品的樹(shù)脂就需要選擇水溶性熱固型酚醛樹(shù)脂，同時(shí)這種酚醛樹(shù)脂還需要具用低游離醛、低游離酚以及優(yōu)

2、良的儲(chǔ)存穩(wěn)定性能。酚醛樹(shù)脂做為巖棉生產(chǎn)中的一個(gè)重要原料，也是巖棉生產(chǎn)工藝中核心技術(shù)之一。 1） 苯酚和甲醛的聚合反應(yīng)可以在堿性條件和酸性條件下發(fā)生。在酸性催化劑作用下，生成線型熱塑性樹(shù)脂，不適合巖棉生產(chǎn)使用；在堿性催化劑作用下，生成體型熱固性樹(shù)脂，適合巖棉生產(chǎn)使用。巖酚醛樹(shù)脂在堿性條件下縮聚，把握縮聚反應(yīng)生成分子量為700-1000的低聚物，能夠有足夠的交接官能團(tuán)以及有較好的溶水性能來(lái)滿(mǎn)足巖棉的生產(chǎn)以及性能要求。 一般認(rèn)為，在合成水溶性酚醛樹(shù)脂的反應(yīng)中，堿性催化劑供應(yīng)OH-與苯酚形成酚氧負(fù)離子：接著，在其鄰位或?qū)ξ话l(fā)生取代反應(yīng)：在堿性介質(zhì)中所形成的羥甲基酚比較穩(wěn)定，因此能連續(xù)與過(guò)量甲醛反應(yīng)，生

3、成二羥甲基酚和三羥甲基酚： 2）酚醛樹(shù)脂與巖棉纖維的結(jié)合 巖棉用主要原料為玄武巖纖維，SiC是纖維表面的主要官能團(tuán)，另外還應(yīng)用長(zhǎng)鏈的伯胺以及羥甲基等官能團(tuán)。酚醛樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)中主要含有苯環(huán)、羥基以及CH2等官能團(tuán)。 在對(duì)巖棉制品過(guò)行FTIR分析，消滅苯環(huán)、羥基、長(zhǎng)鏈的CH2、CNC、NH、SiOC、SiC等官能團(tuán)。因此CNC、SiOC應(yīng)當(dāng)就是玄武巖纖維與樹(shù)脂膠合后新形成的化學(xué)鍵，增加了結(jié)合強(qiáng)度。3）通常用于巖棉生產(chǎn)的酚醛樹(shù)脂的技術(shù)指標(biāo)：外 觀紅棕色透亮液體固體含量4g/120/2hrs41-45%pH值 (25)7.5-8.5溶水性（25/ 倍）>15游離甲醛（%）< 0.5游離苯酚（

4、%）< 0.5 4）酚醛樹(shù)脂與巖棉性能的關(guān)系：巖棉制品需要具有良好的耐老化性能。而酚醛樹(shù)脂固化后膠層結(jié)合強(qiáng)度在熱帶地區(qū)暴露3年強(qiáng)度不變，暴露10年粘接強(qiáng)度尚能保持75%80%以上。 脲醛樹(shù)脂固化后樹(shù)脂中仍殘存有親水的羥甲基，此親水基團(tuán)反復(fù)吸附與脫除水分，使膠層處于反復(fù)干濕條件下，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力不斷變化，使其產(chǎn)生應(yīng)力裂紋，最終導(dǎo)致龜裂產(chǎn)生；再由于高濕度與膠層酸介質(zhì)的作用下，其自身發(fā)生水解，次甲基鍵斷裂，導(dǎo)致膠層開(kāi)膠：此外使用條件的劣化、水分的侵蝕等都促進(jìn)加速膠層的老化。在濕熱環(huán)境下暴露23年膠合強(qiáng)度急劇下降，膠層開(kāi)裂。巖棉制品需要具有良好的憎水性能和尺寸穩(wěn)定性。酚醛樹(shù)脂固化后形成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具

5、有良好的結(jié)合強(qiáng)度柔韌性能，使得具有更好的憎水性能和尺寸穩(wěn)定性能。巖棉制品的低游離醛低、游離酚不僅環(huán)保而且在同等施膠的狀況下具有更低的有機(jī)揮發(fā)份和灰份，保證結(jié)合強(qiáng)度的同時(shí)降低了有機(jī)物燃燒的可能。二、酚醛樹(shù)脂催化劑的選擇以及低灰份酚醛樹(shù)脂的特點(diǎn)：酚醛樹(shù)脂通常用的催化劑有堿金屬氫氧化物、堿土金屬氫氧化物、有機(jī)堿等，甲階酚醛樹(shù)脂生產(chǎn)過(guò)程中可分為加成和縮合兩個(gè)步驟，不同的催化劑對(duì)加成和縮聚產(chǎn)生的組分影響很大，進(jìn)而影響樹(shù)脂固化后制品的性能。在氫氧化鈉催化下，苯酚的對(duì)位具有比鄰位更高的反應(yīng)活性，故此無(wú)論在熱固性的甲階酚醛樹(shù)脂或線型樹(shù)脂中余下的反應(yīng)活性點(diǎn)多為活性較差的鄰位。所以接受氫氧化鈉催化的酚醛樹(shù)脂制，雖

6、樹(shù)脂工藝簡(jiǎn)潔，但是固化后脆性大、板材彎曲強(qiáng)度小、韌性低。而使用二價(jià)金屬離子做為催化劑生產(chǎn)出的具有高鄰位熱固性的酚醛樹(shù)脂比一般熱固性甲階酚醛樹(shù)脂固化速度快，固化強(qiáng)度好。下表列出了100克水中氫氧化鋇在不同溫度下的溶解度：溫度/104060溶解度/g2.488.2220.94所以是在巖棉生產(chǎn)過(guò)程中，使用氫氧化鋇做為催化劑在常溫下很難溶與樹(shù)脂中，在貯存以及使用過(guò)程中會(huì)緩慢析出，形成“膠泥”造成施膠系統(tǒng)堵塞使產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)以及過(guò)濾網(wǎng)需要清理影響生產(chǎn)效率。 為了解決氫氧化鋇的沉淀問(wèn)題，很多酚醛樹(shù)脂生產(chǎn)廠家使用氫氧化鈉或氫氧化鈉與氫氧化鋇復(fù)配的催化劑，造成了酚醛樹(shù)脂在縮聚反應(yīng)上有著很大的差別，使巖棉制品在性

7、能上有了差別。由于巖棉制品中鈉、鋇離子大量存在，使巖棉制品具有吸濕性，吸取空氣中的水分子使得巖棉板在應(yīng)用時(shí)重量增加消滅坍塌和粉化。 在夾芯板中使用時(shí)，由樹(shù)脂中帶來(lái)的金屬鈉、鋇離子與金屬墻板之間發(fā)生交換水解加快腐蝕縮短使用壽命。 氫氧化鈉和氫氧化鋇在生產(chǎn)使用過(guò)程中都存在一些不行避開(kāi)的缺陷，我們使用了另一種高效、無(wú)污染的有機(jī)堿做為催化劑，解決了金屬堿催化劑帶來(lái)的以上問(wèn)題使得灰份更低。 我們有機(jī)堿催化生產(chǎn)的低灰份酚醛樹(shù)脂具有穩(wěn)定性好，貯存使用中無(wú)沉淀析出、生產(chǎn)效率高的巖棉用酚醛樹(shù)脂，客戶(hù)可以加水以及其它添加劑后直接使用。l 該樹(shù)脂水溶性好，和其它助劑配制粘結(jié)劑時(shí)穩(wěn)定性高，不產(chǎn)生沉淀，霧化時(shí)不易堵噴嘴

8、。l 該樹(shù)脂在巖棉生產(chǎn)過(guò)程中固化較快。l 該樹(shù)脂生產(chǎn)的巖棉制品憎水性能較高，不易吸潮。l 該樹(shù)脂相對(duì)一般鋇催化樹(shù)脂生產(chǎn)的巖棉制品強(qiáng)度要高。 三、巖棉用酚醛樹(shù)脂系統(tǒng)中添加劑的選擇： 為了提高巖棉制品的憎水性能以及結(jié)合強(qiáng)度會(huì)添加不同的助劑，最常用的助劑有憎水劑和偶聯(lián)劑。 1） 憎水劑應(yīng)具有優(yōu)異的乳化性能，能夠在穩(wěn)定細(xì)粒乳液的同時(shí)防止產(chǎn)品過(guò)度粘稠或過(guò)度親水。憎水劑含有反應(yīng)性聚二甲基硅氧烷，這是一種已被證明適用于對(duì)礦棉進(jìn)行長(zhǎng)久憎水處理的有效成分，它能堅(jiān)固地附著于礦物表面，并形成穩(wěn)定、耐用的有機(jī)硅網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)同時(shí)具有憎水性和透汽性。在巖棉生產(chǎn)過(guò)程中選擇與酚醛樹(shù)脂混溶好的憎水劑產(chǎn)品很關(guān)鍵，好的相

9、溶性能可以發(fā)揮酚醛樹(shù)脂和憎水劑的憎水性能。2） 用酚醛樹(shù)脂將無(wú)機(jī)礦巖纖維進(jìn)行粘合，巖棉板才能顯示出良好的結(jié)合強(qiáng)度，為了改進(jìn)界面之間的粘接，就需要加入一種界面交聯(lián)劑，稱(chēng)為偶聯(lián)劑。偶聯(lián)劑的種類(lèi)很多，與酚醛樹(shù)脂協(xié)作使有最成熟和有用的就是有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑KH550。在有機(jī)膠粘劑中加入硅烷偶聯(lián)劑不僅能提高粘合強(qiáng)度，而且能改善膠粘劑的耐久性和耐熱老化性能。在巖棉生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑KH550的加入方法和時(shí)間對(duì)整個(gè)酚醛樹(shù)脂系統(tǒng)有著很大的影響。加入不當(dāng)，不但不能發(fā)揮偶聯(lián)劑的功能還會(huì)破壞酚醛樹(shù)脂中的有效成份造成不良的影響。有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑KH550水解比較快，所以，KH550在巖棉酚醛樹(shù)脂體系溶液中最終加入

10、，并且盡可能在30-60分鐘內(nèi)用完加入KH550的酚醛樹(shù)脂。四、巖棉酚醛樹(shù)脂固化時(shí)間與溫度的關(guān)系： 水溶性酚醛樹(shù)脂在105開(kāi)頭固化，在120以上開(kāi)頭進(jìn)行充分固化。常規(guī)生產(chǎn)工藝在生產(chǎn)過(guò)程中需要至少三段高溫固化過(guò)程。第一段：傳熱：固化爐溫度不易過(guò)高，假如在高溫下巖棉表層的酚醛樹(shù)脂快速固化，會(huì)使得熱量很難進(jìn)入巖棉板芯層，造成中心層酚醛樹(shù)脂固化不完全而形成“面包棉”。第一段固化溫度通常保持在160-170。其次段：表層固化推動(dòng)內(nèi)固化：巖棉板由外向內(nèi)開(kāi)頭高溫固化，表層固化產(chǎn)生熱量向內(nèi)層均勻傳遞使得芯層能夠有較高的溫度完全固化。這一段是溫度最高的固化階段，常通保持在180-200。第三段：平衡應(yīng)力階段：從高溫固化段出來(lái)，水汽、溫差以及固化產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)造成結(jié)合強(qiáng)度退減，降低溫度會(huì)平衡應(yīng)力。所以第三段固化溫度通常保持在170-180。第四段：熱堆放階段：將成型的產(chǎn)品堆放在一起保持溫度均勻下降可以解決產(chǎn)品與環(huán)境中溫度與濕度的平衡，消退溫