专利名称：高吸水聚乙烯醇发泡体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种泡沫塑料及其加工方法，确切地说是一种高吸水聚乙烯醇发泡体及其制备方法。
背景技术：
泡沫塑料是含有大量气泡的塑料，可视为以气体作填料的复合材料。泡沫塑料种类繁多，有聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、脲甲醛、酚醛、环氧、有机硅等热塑性或热固性泡沫塑料。由于其具有容重轻、导热系数小且隔音、隔热等诸多优点，所以在工业、农业、军事、日用品、办公用品等许多领域得到了广泛的应用，巨大的市场推动泡沫塑料工业迅速发展已成为现代塑料工业中的一个重要分支。
聚乙烯醇泡沫塑料其性能除了质轻、比强度高、导热系数小等以外，还具有优异的吸水性，吸水后质地柔软且有较好的湿强度和湿弹性以及耐热、耐磨性，因此可用于污水处理、过滤材料、隔音和隔热材料、擦拭布、合成海绵、清洁唱片、化妆美容、按摩保健等材料。“PVA胶棉”卫生用具就是聚乙烯醇泡沫制品。
聚乙烯醇(PVA)泡沫塑料(发泡体)的制备方法通常是在PVA中加入成孔剂、发泡剂等在酸催化剂作用下进行缩醛化反应，以甲醛为例 聚乙烯醇发泡体就是PVA按上述物理化学反应式所得到的如通式I所示的化合物。实际工艺中缩醛化和发泡是在模具中同时完成的(固化成型)。PVA的聚合度习惯表示为PVA-1500，即聚合度为1500的聚乙烯醇。
所述的成孔剂多为淀粉、糊精等，发泡剂有物理无机系、有机系发泡剂和化学无机系、有机系发泡剂。物理无机系有空气、N2、CO2等，物理有机系有脂肪烃、卤代烃等，化学无机和有机发泡剂是指遇酸反应或受热分解产生气体的化合物(《发泡剂的类型及加工特性》《现代塑料加工应用》1996年、第3期p37～42)。
CN1095075A公开了一种高吸水泡沫塑料，由PVA与适量淀粉分别加热溶解后混合，再加入醛、表面活性剂聚乙二醇、Span-60、Tween-80等、催化剂(硫酸)、有机硅消泡剂搅拌均匀后倒入模具中，于40～80℃条件下反应固化8～50小时，吸水倍数7.7～8.5倍。CN1216581A公开的PVA泡沫塑料，用PVA-1500、淀粉混合后加入醛和硫酸搅拌均匀，于60℃反应固化18小时。
国内一些期刊杂志也都报导了PVA泡沫塑料的研制情况。在已公开的技术中，大都使用聚合度＜1800的完全醇解或不完全醇解的聚乙烯醇为原料，同醛、催化剂硫酸、表面活性剂以及成孔剂或发泡剂混合于一定的温度下固化成型，发泡体最大吸水倍数为8倍(《江苏化工》、1992年第3期、《塑料技术》、1995年第3期、《福建化工》、1996年第2期、《北京服装学院学报》、1997年第1期等)。
《机械发泡法制备PVF泡沫塑料的稳定性研究》一文对发泡时泡沫的稳定性与产品质量的关系进行了探讨。认为溶液的粘度对泡沫的稳定性有很大影响，当溶液的粘度足够大时，才能保证气泡膜有足够的强度，使气泡在一定的温度和时间内保持原孔径大小和膜厚，最终得到结构较好的产物。为此用添加增稠剂的方法提高体系的粘度以提高泡沫的稳定性(《北京服装学院学报》、1997年第2期p7～11p10倒5～8行)。
发明内容
PVA的粘度与其聚合度正相关。本发明所称的发泡体亦是通式I所示的化合物的连续开孔发泡体，其特征是以聚合度为2000～3200的高粘度的PVA为原料制备的发泡体，缩醛化度60～70％，吸水倍数8.6～32倍，容重30～105Kg/M3。
本发泡体的制备方法包括PVA热溶解、缩醛化和发泡以及酸、醛废水的回收利用，其特征是用聚合度为2000～3200的完全醇解或不完全醇解的PVA为原料，在酸、甲醛和发泡剂存在条件下于40～60℃时反应固化4～8小时。
所述的酸为硫酸或盐酸，其用量(纯量)为物料总水量的2～25％(重量百分比，下同)。优选硫酸，其用量(纯量)为物料总水量的3～20％。
甲醛的用量(纯量)为物料总水量的1.5～12％。优选2～10％。缩醛化度低，产品柔软但无弹性，缩醛化度高，产品发硬，弹性低且收缩变形，缩醛化度为60～70％为宜。
所述的发泡剂为无机化学发泡剂Na2CO3、(NH4)2CO3、NaHCO3、NH4HCO3、NH4NO2、轻金属(Mg、Al、Zn)粉末中的一种或两种以上混合发泡剂，其用量与原料PVA的摩尔比为0.01～0.5∶1(PVA按链节分子量44计算)。优选Na2CO3或/和(NH4)2CO3或/和Zn粉，其用量与原料PVA的摩尔比为0.02～0.4∶1。发泡剂用量少，则形成闭孔结构吸水性差，用量多则气泡大小不均匀，强度差。
除发泡剂外，还可以加入成孔剂淀粉或糊精，加入量为原料聚乙烯醇重量的10～90％。
当本发泡体用于污水处理时，为提高吸附效果，还可加入活性炭或煤粉等炭素材料。试验证明，炭素材料的细度影响发泡体的透气性，当细度≥100目时，效果好，加入量为原料PVA重量的10～90％。炭素材料还具有光屏敝作用，提高制品的耐光性。
本制备过程中产生的酸、醛废水能100％地回收利用，消除了对环境水源的污染。
本发明由于选择了高粘度的PVA为原料，不加表面活性剂和/或增稠剂，只要PVA、酸、甲醛和发泡剂的配比得当，也能制备得到吸水倍数高，容重轻的高质量的发泡体。本发泡体除了具有泡沫塑料固有的质轻、比强度高、导热系数小等性能外，还具有高吸水性、吸水后质地柔软且有较好的湿强度和湿弹性以及耐热、耐磨、耐腐蚀等优点。可在废水处理，过滤材料，日用品、包装、建筑等诸多领域广泛应用。
具体实施例方式
非限定实施例叙述如下1、取PVA-2000100Kg投入1000Kg、70～90℃热水中搅拌溶解得到PVA溶液，当PVA溶液温度降至60℃时加入50％的H2SO460Kg，35％的甲醛57Kg、Na2CO44.8Kg，搅拌均匀后压入模具内50℃时静置发泡8小时，取出生成物，水洗，得到发泡体。缩醛化度60％，吸水倍数22倍，容重45Kg/M3。
2、取PVA-2500100Kg，水900Kg，50％H2SO4200Kg，35％甲醛160Kg，NH4HCO39.0Kg，操作同实施例1，55℃静置5小时。缩醛化度70％，吸水倍数15倍，容重62.5Kg/M3。
3、取PVA-3200100Kg，水1100Kg，50％H2SO4160Kg，35％甲醛110Kg，Na2CO34Kg、Mg粉1.5Kg，120目活性炭10Kg，操作同实施例1。60℃静止发泡6小时。缩醛化度65％，吸水倍30倍，容重32Kg/M3。
权利要求
1.一种高吸水聚乙烯醇发泡体，为通式 所示化合物的连续开孔发泡体，其特征在于聚乙烯醇的聚合度2000～3200；缩醛化度60～70％，吸水倍数8.6～32倍；容重30～105Kg/M3。
2.根据权利要求1所述的发泡体，其特征在于发泡体吸水倍数为9～25倍。
3.一种高吸水聚乙烯醇发泡体的制备方法，包括聚乙烯醇热溶解、缩醛化和发泡以及酸、醛废水的回收利用，其特征在于用聚合度为2000～3200的完全醇解或不完全醇解的高粘度聚乙烯醇为原料，在酸、甲醛和发泡剂存在条件下于40～60℃时反应固化4～6小时；所述的酸为硫酸或盐酸，其用量为物料总水量的2～25％，甲醛的用量为物料总水量的1.5～12％；发泡剂为无机化学发泡剂碳酸钠或铵、碳酸氢钠、金属镁、铝、锌粉末中的一种或两者以上混合发泡剂，其用量与原料聚乙烯醇的摩尔比为0.01～0.5∶1。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的酸为硫酸，其用量为物料总水量的3～20％。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于甲醛的用量为物料总水量的2～10％。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的发泡剂为碳酸钠或/和碳酸铵或/和锌粉，其用量与原料聚乙烯醇的摩尔比为0.02～0.4∶1。
7.根据权利要求3或4或5或6所述的制备方法，其特征在于还可以加入成孔剂淀粉或糊精，加入量为原料聚乙烯醇重量的10～90％。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于还可以加入细度≥100目的活性炭或煤粉，加入量为原料聚乙烯醇重量的10～90％。
全文摘要
一种高吸水聚乙烯醇发泡体，由聚合度为2000～3200的高粘度的聚乙烯醇缩甲醛后发泡得到的连续开孔发泡体，吸水倍数8.6～32倍，容重30～105Kg/m
文档编号C08J9/06GK1557872SQ200410014019
公开日2004年12月29日 申请日期2004年2月4日 优先权日2004年2月4日
发明者陈信生, 唐承宏, 王光钊, 高祖安, 陈晓明, 张俊武, 陈向阳, 周正中 申请人:安徽大维新材有限责任公司, 陈信生