2024年3月31日发(作者:写雪的作文)
第42卷,第2期
2014年2月
工程塑料应用
V。1・42・N。-2
ENGINEERING PLASTICS APPLICATION
F
eb.2014
107
doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2014.02.025
我国三聚氰胺泡沫塑料发展中存在的问题及建议古
刘军霞 ,杨金 ,姜其斌 ,杨军 ,谢建军
f1.中南林业科技大学材料科学与工程学院,长沙410000;2.株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412000)
摘要:针对我国三聚氰胺泡沫塑料的研究开发工作起步较晚且尚未得到广泛应用的现状,在总结国内外研究开
发与应用现状的基础上讨论了我国三聚氰胺泡沫塑料发展中存在的主要问题,包括研究不足、开发盲目、应用受限
等,最后结合实际提出了深化理论研究及拓展应用领域等发展建议。
关键词:三聚氰胺;泡沫塑料;问题;建议
中图分类号:TQ328 文献标识码:A 文章编号:1001—3539(2014)02・0107—04
Problems and Proposals in Development of Melamine Foam Plastics in China
Liu Junxia ._,Yang Jin2
,
Jiang Qibin ,Yang Jun ,Xie Jianjun
(1.School ofMaterials Science andEngineering,Central SouthUniversity ofForestry andTechnology,Changsha 410000,China;2.Zhuzhou
Times New Material Technology Co.Ltd.,Zhuzhou 412000,China)
Abstract:According to the status that the research and development of melamine foam plastics at home started relatively
late and not widely used,some problems such as insuficientf study,blindly development,limited application were discussed
on the basis of summarizing the research,development and application status at home and abroad.The development proposals
including deepening the theoretical research and expanding the application ielfd were put forward in the end combing with the actual
development siuation of tmelamine foam plastics.
Keywords:melamine;foam plastic;problem;proposal
三聚氰胺泡沫塑料是以三聚氰胺甲醛(MF)树脂为基
体,在一定工艺条件下发泡而成的具有高开孔率的新型泡沫
塑料,又名密胺泡沫塑料,它具有优异的吸声性、保温性、清
尽管我国三聚氰胺泡沫塑料的生产技术在不断改进、
产品质量在不断提高,但产品的性能对发泡工艺的高要求使
得我国许多三聚氰胺泡沫塑料还处于实验室阶段而未广泛
进入建筑、交通等应用领域。笔者先总结了近几年国内外三
聚氰胺泡沫塑料的开发现状,然后就三聚氰胺泡沫塑料在我
洁性、耐热稳定性、卫生安全性和二次加工性等优点,是近年
来开发的具有高科技含量、高应用价值的泡沫塑料。和传统
泡沫塑料如聚苯乙烯、聚氨酯相比,三聚氰胺泡沫塑料具有
国的研究和发展中存在的主要问题进行了简要概述,并结合
我国实际情况给出了相关建议。
1 国内外三聚氰胺泡沫塑料开发应用现状
1.1 国外开发应用现状
本征阻燃性,遇高温或明火时不软化、不流滴、仅产生极少量
烟雾;和酚醛泡沫塑料相比,它的力学性能高、吸水率低 】。
随着人们对材料要求的提高,三聚氰胺泡沫塑料凭借优异的
性能在建筑、交通、航空、军事、电子、民用等方面得到广泛的
应用,也是一种具有广阔应用前景的环保型阻燃材料 】。
三聚氰胺泡沫塑料于20世纪9O年代由德国BASF公
司首先开发生产和独家拥有专利。我国的开发工作起步于
21世纪初,2004年,由北京绿寰宇有限公司独家开发的“三
聚氰胺泡沫塑料专用树脂工业化生产技术”和“三聚氰胺泡
沫塑料工业化生产技术”顺利通过北京市科委组织的成果
鉴定,这标志着我国的三聚氰胺泡沫塑料从实验室阶段到工
业化生产的成功转型[310 2007年,我国在河南中原大化年产
BASF公司在三聚氰胺泡沫塑料的制备、改性和应用上
都有独特的研究,每年都有大量相关的专利在全球多个国家
得到申请,其泡沫塑料产品在全世界具有领先和几近垄断的
地位。此外,日本在三聚氰胺泡沫塑料方面也有大量研究。
H.Steinke等【5 将MF预聚体发泡,随后将未固化的
泡沫压缩,最终制得了压缩后具有弹性的三聚氰胺泡沫塑
料;另外,在发泡过程中加入致孔剂从而制备了具有空心微
国家自然科学基金项目(31270603)
联系人:谢建军,博士,教授,博士生导师,主要从事功能高分子
材料、胶粘剂和聚合反应工程研究
收稿日期:2013-12—03
6万t三聚氰胺生产线的基础上实现了三聚氰胺泡沫塑料的
工业化生产,填补了我国这项技术的空白_4_。
108 工程塑料应用 2014年,第42卷,第2期
球结构的泡沫塑料,球径为260~490 m【6]。H.Baumgartl
等 将MF树脂预聚物和发泡剂、固化剂的混合物加热发泡
并交联,然后将泡沫塑料进行回火处理,从而得到了一种制
备三聚氰胺甲醛泡沫塑料的方法,并给出了该方法生产的泡
沫塑料产品在飞机、船舶和车辆等交通工具中,以及在机械
结构、建筑结构、清洁产品中的应用。K.Yukishiro等 将三
聚氰胺泡沫塑料在200℃以上的条件下热压10 min以上,
使其被压缩到一定范围,这种方法可提高泡沫塑料的压缩强
度并降低其脆性,但是距离实际应用仍有一定差距。
I.Yasuo等 将三聚氰胺泡沫塑料浸渍在氟树脂溶液
中,随后将浸渍有氟树脂的泡沫塑料在辊压机下滚压、干燥,
即可得到具有良好抗油性的三聚氰胺泡沫塑料,该方法在提
高泡沫塑料抗油性和韧性的同时并没有降低泡沫的其它优
异性能。J.M.Prybotic等” 用类似方法将三聚氰胺泡沫塑
料充分浸渍在聚硅氧烷树脂溶液中,随后压淋出其中的树脂
溶液、干燥和热处理后即可得到具有疏水性能和低游离甲醛
含量的泡沫塑料。K.Hahn等 ”发明了一种用C6~C20烷
基化合物对MF树脂进行改性的方法,该方法在不降低泡沫
塑料其它综合性能的前提下,赋予泡沫塑料很好的疏水疏油
性,改性后的泡沫塑料可很好地用于液一液分离及作为油罐
防漏物。 H.Steinke等【】 在制备三聚氰胺开孔泡沫塑料
过程中加入无机填料,使得泡沫构架的三维分又支撑物上都
有粒状填料嵌入,从而得到了一种具有防火特性及良好力学
性能的三聚氰胺泡沫塑料。
另外,H.J.Quadbeck等 介绍了一种含有三聚氰胺
泡沫塑料的电化学原件,D.J.Pung等 把三聚氰胺泡沫塑
料应用到清洁产品上。
1.2国内开发应用现状
杜耕耘[1 将预发泡的MF树脂与发泡剂、酸类固化剂
混合,在微波下发泡,再进行热处理成型后得到了具有良好
安全性、可靠性和实用性的三聚氰胺泡沫塑料。段洪东等 印
在微波发泡过程中加人具有增强马拉高尼效应的分子,该分
子不仅可很大程度上减少发泡剂用量,且可大范围地涮节泡
沫孔径,从而使三聚氰胺泡沫塑料各方面性能得到大幅度提
高。杨斌峰等” 在MF树脂合成过程中引入改性剂共聚,
得到固体含量高于85%的改性MF树脂,再与其它助剂混
合均匀后发泡,达到预定密度后再移入烘箱或微波炉熟化,
得到闭孔率90%以上的硬质泡沫塑料,其具有良好的力学
性能和阻燃性能,主要用于建筑外墙保温。
陈留拴等 发明了在树脂发泡过程中加入纳米橡胶或
纳米无机材料的方法,有效地改善了树脂的分散性,缩短了
乳化时间,很好地提高了泡沫塑料的韧性。马榴强等[1 在
MF树脂发泡过程中添加了无机轻质材料(包括珍珠岩、熟
蛙石、膨胀石墨、海泡石等1进行改性,制得的泡沫塑料不但
可降低树脂单体消耗量,提高泡沫塑料的耐温性能和燃烧性
能,还可适当降低泡沫塑料的成本。王玉忠等 伽在MF树
脂制备过程中用纤维材料进行改性,再将改性后的树脂发泡
液与助剂混合,80~120 ̄(i下发泡固化,得到的三聚氰胺泡沫
塑料具有优异阻燃性、柔韧性,压缩强度等力学性能也获得
了较大提升,加之其方法简单易行,生产成本低,有利于大规
模推广应用。
张海永等 发明了一种管路保温用三聚氰胺泡沫塑
料,按照管路形状加工好厚度适中的三聚氰胺泡沫塑料,并
将其套在管路外侧,外面再包覆加固保护层,保护层加装包
覆带固定,即可达到管路保温的效果。杨斌峰等口 提供了
一
种三聚氰胺泡沫塑料排水板,该排水板由非闭孔三聚氰胺
泡沫塑料和滤布组成,滤布包覆在泡沫塑料上,制成条状或
各种异形结构的排水板,该排水板具有压缩强度高、排水效
率高、生产成本低、环保等特点。
2我国三聚氰胺泡沫塑料发展中存在的主要问题
2.1基础理论研究不足
目前,国内报道的有关三聚氰胺泡沫塑料的文献不多,
且大部分的内容是关于泡沫塑料制备与泡沫性能研究方面
的,涉及基础理论如三聚氰胺结构号l生能的关系、发泡原理、
发泡工艺参数、固化原理、添加剂的影响等方面的研究报道
很少。相益信口 研究了MF树脂改性剂对三聚氰胺泡沫塑
料密度、热性能及阻燃性能的影响;孙瑞朋等 研究了甲
醛/三聚氰胺配比、发泡剂种类对MF树脂物理I生能及三聚
氰胺泡沫塑料泡孑L结构、力学性能和阻燃性能的影响;王东
卫等 探讨了不同发泡方式、不同发泡剂、改性剂的用量对
泡沫塑料性能的影响。但以上文献未对MF树脂的改性过
程动力学及其机理、MF树脂物理化学性能及其微观化学结
构与发泡性能、发泡机理、固化机理、各种性能的关系进行研
究,也未揭示发泡剂类型及其结构与泡孑L结构、泡沫塑料力
学性能的关系。在讨论不同发泡方式时,未考虑发泡时问、
温度、微波功率等的影响,也未进行相关机理的研究。
由于三聚氰胺泡沫塑料的基础理论研究非常薄弱,严
重制约了国内企业开发出综合性能好的泡沫塑料产品,也制
约了现有三聚氰胺泡沫塑料质量和性能的提高。在三聚氰
胺泡沫塑料研究上缺乏基础理论研究的支持,直接导致了开
发的随意性和盲目性,这也是国内三聚氰胺泡沫塑料产品数
量少且性能低于国外产品的主要原因。
2.2产品开发与理论研究脱节
我国三聚氰胺泡沫塑料的研究工作起步较晚,2007年
才正式生产。近年来,随着三聚氰胺泡沫塑料的兴起,研究
该课题的单位和组织越来越多,如四川大学、郑州大学、北京
刘军霞,等:我国三聚氰胺泡沫塑料发展中存在的问题及建议 109
联合大学、青岛科技大学、中国林业科学研究院南京林产化
学工业研究所等,但实际投入生产的三聚氰胺泡沫塑料非常
少,市场上除了河南中原大化的产品外,很难见到其它厂家
氰胺泡沫塑料在国际上的市场竞争力。
2.5产品开发与应用脱节
三聚氰胺泡沫塑料因具有多种特殊功能,其研究与应
用越来越受到重视,然而不同的用途对泡沫塑料性能的要求
的产品 ,即使有其它企业的产品,其性能也很难达到相关
的要求。造成这种情况的主要原因是只对产品进行了开发,
未系统地进行相关基础理论如MF树脂和发泡剂结构与发
也不同,如:轨道交通领域要求泡沫塑料质轻、吸音性好、阻
燃性好;建筑领域要求泡沫塑料力学性能高、阻燃、质轻、保
温性好;声学工程要求隔音性好;清洁产品要求泡沫塑料亲
水亲油、吸附而不粘结等。王宜明等 发明了一种制备三
聚氰胺绝热硬质发泡板材的方法,该开发专利未就泡沫板材
泡性能的关系,泡孔结构对其产品性能的影响规律,发泡过
程中气泡成核机理、气泡长大与破裂、聚并及其破裂、聚并动
力学研究,造成产品开发与理论研究的脱节,使得研究出来
的成果不能很好地服务于企业生产,导致研究资源浪费。
2.3 产品开发与工艺条件优化的脱节
三聚氰胺泡沫塑料综合性能的改善取决于多种原因,
其中发泡1二艺的研究非常重要。MF树脂在发泡过程中需加
人发泡剂、泡孔稳定剂(表面活性剂)、固化剂等,它们的种类
与用量直接影响产品的质量,至今未见公开文献系统地研究
这些因素对发泡产品性能的影响,也未见不同发泡工艺过程
及其参数如热发泡过程与微波发泡过程的规律性研究结果。
发泡剂的种类可以是物理发泡剂和化学发泡剂,不同的发泡
剂对泡孑L大小、密度、长径比影响不同,进而影响了产品的吸
音性、保温性等性能;发泡剂的用量对泡孔结构及开孑L率的
影响很大,直接决定了泡沫塑料的密度及力学性能,但至今
未见其文献公开报道。
包建军等 在MF树脂合成过程中用多羟基化合物进
行改性,将改性的树脂发泡后得到了综合性能良好的泡沫塑
料,但未对发泡工艺进行深入研究。随着三聚氰胺泡沫塑料
逐渐成为研究热点,发泡工艺的研究应当成为产品研究中引
起重视的环节,如何选择发泡剂、如何实现泡孔的均匀性、如
何在改善韧性的同时不降低阻燃性、如何在降低密度的同时
保证良好的力学性能等,还有很多问题亟待解决。
2.4原料优势与泡沫塑料产品劣势形成鲜明对比
我国现有100多家三聚氰胺生产厂家,生产能力达100
万t/a,具有自主知识产权的三聚氰胺生产技术已出口国外,
成为世界上最大的三聚氰胺生产地和出口国,无论是在生产
能力、市场需求还是出口贸易方面,我国三聚氰胺在国际市
场均处于优势地位[29]o然而我国三聚氰胺的应用主要集中
在涂料、粘合剂、皮革、造纸、纺织、餐具等传统应用领域【3 ,
而在新领域内如微胶囊、泡沫塑料等方面的开发应用较少,
从而造成了原料优势和泡沫塑料产品劣势的鲜明对比。
我国应当加大对三聚氰胺泡沫塑料的开发力度与资金
投入,使国内的三聚氰胺原料优势充分地为泡沫塑料服务:
应使日益提升的三聚氰胺生产能力能够为其泡沫产品的全
面产业化提供充分、可靠的原料保障;并使三聚氰胺的低价
位降低其泡沫产品的成本、提高性价比,从而提高我国三聚
的应用给出具体说明。
根据文献资料报道,我国三聚氰胺泡沫塑料的研究开
发主要集中在软质泡沫塑料(密度为8~20 kg/m31,而硬
质泡沫塑料(密度大于30 kg/m )和微孔泡沫塑料的制备
与研究工作报道的很少[32]o硬质三聚氰胺泡沫塑料为闭孔
结构,相比于软质和半硬质的三聚氰胺泡沫塑料,它具有更
高的力学性能和耐热性能 ,因而能够作为夹层结构承载件
的芯材被广泛应用于航空、航天及风电等领域。微孔泡沫塑
料的隔热、吸振、比强度等性能优于一般的泡沫塑料,加之其
孔径只有1 10 m,适合用来制造薄壁制件,如导线包皮、
内存条密封层和微电子线路绝缘层等[341o
目前,我国三聚氰胺泡沫塑料的应用还未全面推广,市
场化一度受限,产品的开发生产具有一定的随意性,因此有
必要将产品的开发与应用联系起来,根据各种用途的要求,
积极开展相关开发研究,制备出不同性能要求的产品。全面
地开发三聚氰胺泡沫塑料产品,深入研究产品性能与应用的
关系,就特定应用场合对其产品结构、性能进行针对性的研
究,开发适合于不同应用场合、环境与用户所需的产品,使其
良好的性能得到充分的应用,可以很大程度上提高国民经济
建设的质量、节约成本,对经济建设及人民生活水平的提高
有着重大的意义。
3发展建议
3.1深化理论研究
坚固的研究基础可以为新产品的开发提供有力的理论
支撑。尽管目前我国三聚氰胺泡沫塑料的阶段性研究和工
业化装置生产已取得一定成功,但存在的很多问题也严重制
约了它的发展。为了更好推进发展进程、优化产品质量,还
应当切实做好对三聚氰胺泡沫塑料的理论研究,如三聚氰胺
泡沫塑料的结构与形成机制r发泡剂种类及其作用机制、泡
孔结构与形成机制等)的关系,结构与性能[包括力学性能
(拉伸、压缩、弯曲、断裂伸长率、黏弹性等),热性能(热分解、
热失重、阻燃与导热等),吸音隔音性能,阻尼性能,加工性能
等]的关系,探究固化机理,研究不同发泡剂的优缺点和使
用条件,明确各种发泡技术的优缺点及适用范围,探讨发泡
110 工程塑料应用 2014年,第42卷,第2期
工艺参数(发泡剂种类及其用量、发泡温度与时间、发泡方
式、固化剂种类及其用量、增塑剂、表面活性剂等)对产品性
能(如泡孔大小及其分布、密度、力学性能、热性能、吸音隔
音性能、阻尼性能等)的影响。
3.2拓展三聚氰胺泡沫塑料的应用领域
作为一种新型材料,三聚氰胺泡沫塑料在许多领域具
有非常广泛的市场前景,其性能和相关领域的应用具有可持
续开发态势。三聚氰胺泡沫塑料具备的优异性能,可使其很
好地应用在各种领域:在飞机、船舶、轨道、车辆等交通工具
的内部组件中用作隔热、阻燃和隔音材料,在屋顶、室外、门
和地板等建筑部件中用作隔音或隔热材料,在冰冻设备、油
罐和液化气容器等机械工程中用作低温隔热材料,在包装上
用作隔绝壁夹层、隔热和吸震材料等。此外,由于三聚氰胺
泡沫塑料具有极低的甲醛释放量,还可很好地应用在人们的
日常生活中:三聚氰胺泡沫塑料可用作清洁装置,例如用于
轻微摩擦清洁、研磨和抛光海绵,对于特定的清洁任务,该泡
沫材料还可被赋予特殊的疏水性和疏油性涂层;可用于卫生
领域,例如以薄网的形式作为伤口包扎材料,或作为婴儿尿
布、妇女用品和失禁产品的组分。
总之,随着三聚氰胺泡沫塑料的应用领域不断地被开
发和推广,其必能很好地为人类的生产和生活服务。
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