郝子健¹ 何利华² 张建勋²

（1.河南省中原大化集团有限责任公司， 河南濮阳 457004；2.濮阳绿宇新材料科技股份有限公司， 河南濮阳 457004） 

摘 要：本文介绍一种防水型密胺泡沫的制备工艺及发泡反应器。针对现有密胺泡沫工业发泡技术的不足，通过对材料配方的优化以及特定发泡反应器的应用，制备出综合性能优良的防水型密胺基泡沫材料。结果显示，其开孔率＜20%、吸潮率≤0.7%，在潮湿环境应用前景好，为密胺基泡沫材料拓展了应用空间。

关键词：防水型密胺基泡沫；发泡反应器；开孔率；吸潮率

中图分类号：TQ328.2文献标识码：A文章编号：1671-2064（2024）21-0009-03

0引言

三聚氰胺甲醛泡沫，即密胺泡沫，是一种新型高分子材料。它具有显著的特性，开孔率高达95%以上，内部的大量三嗪环结构使其遇热分解时释放大量氮气，从而具备良好的阻燃性能和隔热性能，同时还具有低毒、低烟雾且无熔滴滴落的优点[1-2]。通过微波发泡的轻质密胺泡沫，内部结构密度均匀，物理性能指标稳定，吸音降噪效果良好。这些特性使密胺泡沫在航空航天、铁路交通、化工设备、建筑场所等多个重要领域得到广泛应用[3-4]。

目前，国内外密胺泡沫的生产发泡技术主要采用单纯频率的工业微波，常见的有2450Mhz和915Mhz。915Mhz的微波，波长约为0.328m，引发的化学反应深度在600mm以上，热效率高且反应速度快，热效率比2450Mhz的要高20%以上，穿透力也高30%以上，但存在微波分散不均匀、泡绵成型不规则以及内部起洞等缺陷[5]。2450Mhz的微波，波长约为0.122m，引发的化学反应深度不足400mm，不过物料受热均匀，反应速度容易控制，却存在泡绵内部夹生、掉粉以及拉伸撕裂强度低等问题。这些发泡设备及技术上的不足影响了密胺泡沫的质量和性能，限制了其进一步应用和发展[6-7]。

鉴于目前密胺泡沫在防水性能方面的局限以及发泡设备存在的问题，本研究将通过对密胺基泡沫材料配方添加改性单体进行优化调整，同时在发泡反应器中糅合2450 Mhz和915 Mhz两种频率微波技术，试图克服现有技术的缺陷，制备出开孔率低于20%，具有防水性能的阻燃、隔热、吸音降噪、易加工的新型防水密胺基泡沫材料。

1实验

1.1实验材料与仪器

本实验所用主要原料见表1，所用检测仪器见表2。

表1 实验原料

原料	类别	厂家
三聚氰胺	分析纯	河南省中原大化集团
多聚甲醛（96%）	分析纯	（西班牙）
氢氧化钠	分析纯	湖北圣仑化学技术有限公司
正戊烷	工业级	濮阳联众化工
甲酸	工业级	鲁西化工
十二烷基苯磺酸钠	分析纯	天津福晨化学试剂厂

表2 检测仪器

仪器名称	仪器型号	生产厂家
扫描电子显微镜	S-4700	日本日立公司
旋转黏度仪	NDJ-79	上海昌吉地质仪器有限公司

1.2密胺泡沫制备工艺研究

1.2.1密胺基树脂预聚体的制备

将三聚氰胺、多聚甲醛、改性单体和去离子水加入反应器，采用电加热方式提供反应热量，恒温控制反应液温度80℃～90℃，加热过程中滴加20%NaOH溶液。当反应到达浊度点时，取一滴预聚体反应液滴入25摄氏度脱盐水中，出现白色雾状搅拌不消失即为反应终点，延长反应时间，滴入水中呈白色不溶凝胶状。

三聚氰胺和甲醛反应首先发生亲核加成生成羟甲基三聚氰胺，然后发生缩聚反应，使三嗪环用甲基或甲醚键连接起来。本文对比了反应时间对预聚体黏度影响及发泡孔径的影响。

由实验数据可得，随着反应时间的延长，树脂黏度逐渐增大，反应40～80min时黏度变化最快。随着时间的延长，树脂内部分子结构交联趋于稳定，黏度变化不太明显，如图1所示。

1.2.2混合与发泡

一定比例的发泡剂正戊烷、固化剂甲酸、乳化剂十二烷基苯磺酸钠溶液和密胺树脂预聚体高速搅拌乳化，然后将乳化后的物料放入发泡反应器进行发泡。发泡过程经历两个阶段：第一阶段微波发泡功率为1～10kW，微波频率为2450Mhz；第二阶段微波发泡功率为5～30kW，微波频率为915MHz。每个阶段发泡时间相同，共发泡10分钟。

1.2.3干燥优化

将发泡后的防水型密胺基泡沫进行干燥处理，干燥温度为150℃～240℃，干燥时间为60～90min。

1.3密胺泡沫材料发泡反应器的应用

1.3.1结构组成

发泡反应器由两套发泡单元组成，每套单元都包含发泡模具、微波系统、传送链板和发泡不锈钢外壳。

1.3.2微波系统设置

第一发泡单元设置单层2450MHz微波系统，位于最前面，总功率为1～10kW，用于反应初期物料体积小或物料分布厚度尚小的情况，能使物料纵向全部受热且利用其能量均匀性使物料横向均匀受热。第二发泡单元设置单层915MHz微波系统，位于最后面，功率为5～30kW，用于反应中后期物料反应膨胀、物料厚度增加的情况，使物料纵向受热温度继续增高且初步均匀性反应已经完成，实现大体积均匀化学反应。

1.3.3磁控管排布

第一发泡单元设置1～10支磁控管，单管功率为1kW，均匀排列在第一单元底层不锈钢外壳。第二发泡单元设置1～6支磁控管，单管功率为5kW，安装在第二单元不锈钢外壳顶层中心位置。磁控管均布置于不锈钢外壳内侧，处于不锈钢外壳和发泡模具之间。

1.3.4传送链板作用

每个发泡单元的长度相同，为2～5m。传送链板贯穿设置在两个发泡单元内，发泡模具通过传送链板在两个发泡单元内进行移动，使发泡模具中的物料按一定速度在发泡反应器中输送，并进行连续发泡。

2结果与分析

2.1预聚体黏度及发泡工艺对产品质量的影响

2.1.1树脂预聚体黏度的选择

预聚体初始黏度和固化剂含量是影响固化速率的主要因素。本研究分别对比了黏度依次为50mPa.s、80mPa.s、120mPa.s、160mPa.s的预聚体发泡，结果发现黏度对泡孔密度的影响总的趋势是随着黏度的增加，发泡阻力增大，发泡困难。黏度过高或过低都会出现泡孔不均匀的现象，如图2、图3所示。

2.1.2微波频率的选择

在反应初期，使用2450MHz微波，其能量均匀性使物料纵向和横向都能均匀受热。从温度分布数据来看，在该阶段物料各部位的温差可控制在±5℃以内。反应中后期，物料膨胀，915MHz微波的应用使物料纵向受热温度继续增高且初步均匀性反应完成。最终，这种频率组合实现了大体积均匀化学反应，有效避免了泡绵内部夹生、掉粉、拉伸撕裂强度低以及泡绵成型不规则、内部起洞等缺陷，提高了产品质量。

2.3发泡反应器设计对产品成型的影响

2.3.1结构特点

发泡反应器包括两套发泡单元，每套单元都具备特定的微波系统。这种设计可根据发泡过程不同阶段的需求提供合适的微波能量。在反应初期，第一发泡单元的2450MHz微波系统能够提供足够的能量使物料均匀受热，随着反应进行，第二发泡单元的915 Mhz微波系统完成最后的发泡和固化。产品密度在11～13kg/m³范围内，且各部位密度差异较小，在±0.5 kg/m³以内，而传统发泡反应器制备的产品可能存在较大的密度差异。

2.3.2磁控管排布

第一发泡单元设置20～30支磁控管均匀排列在底层不锈钢外壳，第二发泡单元设置单支高功率磁控管在顶层中心位置。这种排布方式使得微波能量分布均匀。从产品的成型效果来看，通过这种磁控管排布方式制备的防水型密胺基泡沫，外观平整，无明显的孔洞和瑕疵，而不合理的磁控管排布可能导致产品出现局部过热、成型不良等问题。图4为防水型密胺泡沫和普通型密胺泡沫浸水对比实验，防水型漂在水面，普通型沉入水底。图5采用JC2000C1型接触角测量仪测试水接触角为155.2°。

3结语

本研究通过优化材料配方并结合特定发泡工艺及反应器设计的方法，成功制备出一种综合性能优良的防水型密胺基泡沫材料。在材料配方方面，控制原料的配比，实现了对材料性能的初步优化。在发泡工艺上，采用了二段式微波发泡过程，该工艺有效避免了传统单一频率微波发泡的缺陷。最终制备出的防水型密胺基泡沫材料开孔率低于20%，相比传统密胺泡沫（开孔率在30%～50%之间），其吸水性能显著降低，吸潮率≤0.7%，表现出良好的防水性。

参考文献

[1]李子健,刘绍英,王公应,等.三聚氰胺泡沫塑料的研究进展[J].合成化学,2019,27(2):149-153.

[2]佀庆波,金范龙,杨金潭.三聚氰胺甲醛泡沫塑料的制备研究[J].化工新型材料,2017,45(8):141-143.

[3]夏学禹,顾雪萍,冯连芳,等.三聚氰胺甲醛泡沫增韧改性研究进展[J].高分子材料科学与工程,2019,35(4):182-190.

[4]李景峰,张国强.三聚氰胺甲醛树脂泡沫生产工艺及技术改进[J].橡塑技术与装备,2017,43(2):40-43.

[5]万翔,刘东立,郎美东.微波发泡制备三聚氰胺甲醛泡沫塑料及其性能[J].功能高分子学报,2013,26(2):156-161.

[6]张显权,周继源,谭海彦.微波发泡法制备的脲醛树脂泡沫塑料建筑用保温材料[J].东北林业大学学报,2020,48 (8):123-128.

[7]夏学禹.低醛高稳定三聚氰胺甲醛树脂的制备及其微波发泡[D].杭州:浙江大学,2019.

 

作者简介：郝子健（1981—），男，辽宁铁岭人，高级工程师，研究方向：化学工程管理。

 

Research on the Preparation Process of Waterproof Melamine Foam and the Foaming Reactor

HAO Zijian1,HE Lihua2,ZHANG Jianxun2

(1. Henan Zhongyuan Dahua Group Co., LTD., Puyang  Henan  457004;

2. Puyang Lvyu New Material Technology Co., LTD., Puyang  Henan  457004)

Abstract:This paper introduces a preparation process and a foaming reactor for a waterproof melamine-based foam. Aiming at the deficiencies of the existing industrial foaming technology for melamine foam, through the optimization of the material formula and the application of a specific foaming reactor, a waterproof melamine-based foam material with excellent comprehensive performance is prepared. The results show that its porosity is <20%, moisture absorption rate is≤0.7%, etc., and it has good application prospects in humid environments, expanding the application space for melamine-based foam materials.

Key words:waterproof melamine-based foam;foaming reactor;porosity;moisture absorption rate