催化剂对酚醛树脂及其泡沫材料性能的影响

分别以氢氧化钡[Ba(OH)2]、三乙胺[(C2H5)3N]、氢氧化钠(NaOH)为催化剂,利用多聚甲醛代替甲醛溶液合成3种高固体含量可发性酚醛树脂,并在70℃发泡制备酚醛泡沫材料.研究了催化剂对酚醛树脂的黏度、固体含量、游离苯酚含量、游离甲醛含量、凝胶时间、树脂结构,以及催化剂对酚醛泡沫材料的力学性能、易碎性能、阻燃性能、热稳定性和微观结构的影响.结果表明,3种催化剂的催化效率依次为:NaOH＞(C2H5) 3N＞Ba(OH)2.以NaOH为催化剂制备的酚醛树脂及其泡沫材料的综合性能最优.     

腰果酚改性酚醛泡沫树脂的研究

采用腰果酚作增韧剂对酚醛泡沫树脂进行增韧改性。通过改变反应温度、反应时间、催化剂用量等合成酚醛树脂并制备酚醛泡沫。测定其拉伸强度、固含量、红外光谱图并进行可发泡性试验,最终得到改性酚醛泡沫的最佳工艺条件。实验发现当腰果酚代替量(质量分数)35%,反应温度为100℃,反应时间为3.5 h,催化剂二水合草酸用量为1.65 g时,酚醛树脂的性能最好,拉伸强度为1.8MPa,且发泡效果比较好。     

建筑保温材料用酚醛泡沫的改性与性能

在苯酚、甲醛的聚合体系中添加硼酸和碳纤维,通过正己烷发泡剂的方法制备了硼改性和碳纤维复合的酚醛泡沫材料。利用傅立叶变换红外光谱仪、微控电子万能试验仪、冲击试验机、热失重分析仪等对酚醛泡沫的结构特性、力学性能和抗氧化性能进行表征与分析。研究结果表明,当表面活性剂吐温80的用量为4%~6%,发泡剂正己烷的用量为5%左右时,酚醛泡沫具有均一的孔结构和较高的表观密度;在反应体系中添加硼酸和碳纤维可改善酚醛泡沫材料的性能,添加7.2%含量的硼使得酚醛树脂具有最高的抗氧化性能,添加30%含量的碳纤维增强了酚醛泡沫材料的弯曲强度和冲击强度,其值分别达到132 MPa和52 k J/m2。     

TiB_2增强酚醛泡沫的制备及性能

为提高酚醛泡沫材料的耐高温性能和高温裂解前后的力学性能,通过物理共混法在发泡酚醛树脂中添加二硼化钛(TiB_2)无机填料制备了酚醛/TiB_2泡沫复合材料。研究了泡沫复合材料的固化过程和在1 000℃下裂解前后的微观结构,以及不同的TiB_2颗粒含量对泡沫复合材料的热物理性能、裂解前后力学性能的影响。结果表明,添加的TiB_2颗粒并不能被引入到酚醛树脂的分子链中,但是能够与酚醛树脂裂解释放出的含氧气体发生氧化还原反应,将裂解气体中的C和O元素吸收并转化为无定形碳和TiO_2等固相产物,从而提高了酚醛泡沫的残炭率和裂解后的力学性能。随着TiB_2含量的增加,泡沫复合材料的残炭率以及裂解前后的表观密度、比压缩强度和比弯曲强度均呈上升趋势,其中裂解后的强度上升更为明显。当TiB_2用量为30份时,酚醛泡沫复合材料在1 000℃下裂解产物的残炭率、比压缩强度和比弯曲强度分别比纯酚醛泡沫材料提高了39.2%,76.5%和43.9%。     

HO-PDMS改性酚醛泡沫材料的性能研究

研究了低聚羟基封端聚硅氧烷(HO-PDMS)改性酚醛泡沫的性能,考察了HO-PDMS含量对改性酚醛泡沫表观密度、吸水率、压缩强度和阻燃性的影响。结果表明:含10%HO-PDMS改性酚醛树脂制成的泡沫压缩强度达到336 k Pa,是改性前的1.9倍左右;泡沫的阻燃性随HO-PDMS含量的增加而下降,在HO-PDMS含量为25%时,泡沫的氧指数仍保留在40%以上;改性泡沫的表观密度随增韧剂含量的增加而增加;HO-PDMS的添加有效降低了酚醛泡沫的吸水率。     

E-PDMS增韧酚醛树脂泡沫材料的制备

对低聚环氧封端聚硅氧烷改性酚醛树脂进行了发泡工艺研究,考察了发泡温度及各种发泡助剂包括表面活性剂、发泡剂、酸固化剂的用量对材料泡沫性能影响的规律,并确定了改性酚醛树脂发泡的最佳工艺条件。实验用电子万能材料试验机和氧指数仪测试泡沫体的压缩强度和氧指数;用生物显微镜比较了酚醛树脂改性前后发泡体的形貌。实验结果表明:E-PDMS增韧改性酚醛泡沫的力学性能和耐水性均较普通酚醛泡沫有明显改观,其泡沫压缩强度达到396 k Pa,是改性前的2.2倍;吸水率是改性前的71%;材料的泡孔均匀;材料的氧指数虽有所下降,但也达到40.1%。     

复合改性酚醛树脂增韧酚醛泡沫的研究

通过在基础酚醛树脂的合成过程中同时引入长链酚(十五烷基酚)和长链醛(戊二醛),分别代替部分苯酚和多聚甲醛,制备了一种复合改性甲阶酚醛树脂,然后以之为改性剂对酚醛泡沫进行增韧。考察了该复合改性酚醛树脂对酚醛泡沫物理力学性能的影响。结果表明:复合改性酚醛树脂的引入显著改善了酚醛泡沫的韧性。另外,随着酚醛泡沫中复合改性酚醛树脂含量的增加,泡沫的弯曲位移增大、压缩强度下降、表观密度增加,吸水率则先减小后增大,而泡沫的氧指数仅略有下降。     

改性木质素部分取代苯酚制备酚醛泡沫保温材料的研究

为改善酚醛泡沫性能,降低成本,以改性木质素、苯酚、多聚甲醛为原料合成可发性木质素酚醛树脂,通过发泡制备酚醛泡沫。当改性木质素取代苯酚的30%时,研究了缩合时间、缩合温度、催化剂用量、醛酚比和水量对树脂性能的影响,通过热重分析仪(TGA)和生物显微镜分别对酚醛泡沫的热稳定性和微观结构进行分析。结果表明:树脂合成的较佳条件为缩合时间80 min,缩合温度85℃,催化剂用量4%,醛酚比1.5,水量为25ml,泡沫具有较好的热稳定性和致密的微观结构;其力学性能较好,压缩强度为0.21 MPa,弯曲强度为0.15MPa;导热系数为0.030 W/(m?K),氧指数为38.2%,属于难燃型高效保温材料。     

甲醛/苯酚配比对可发性甲阶酚醛树脂性能的影响研究

以苯酚、多聚甲醛、甲醛溶液为原料,NaOH为催化剂,采用逐步共聚的聚合工艺,制备可发性甲阶酚醛树脂,采用环保型发泡剂、匀泡剂、实验室自制复合酸固化剂制备阻燃保温酚醛泡沫材料。研究了甲醛/苯酚配比(物质的量之比即F/P)进行单因素分析,对可发性甲阶酚醛树脂的物理性能、有毒物质残余量、分子结构和活性的影响以及与树脂可发性的关系。结果表明,当F/P=2.0时,可发性甲阶酚醛树脂的粘度为2 680 mPa.s,游离甲醛含量为0.75%,游离苯酚含量为2.3%,羟甲基含量为34.83%,泡沫表观密度为0.050 7 g/cm3。     

多聚甲醛/苯酚配比对热固性酚醛树脂及泡沫阻燃特性影响

以多聚甲醛和苯酚为原料,氢氧化钡固体为催化剂,在多聚甲醛/苯酚(POM/P)的摩尔比1.2~2.4范围内合成了六种酚醛树脂,并在常温下发泡制备酚醛泡沫。结果表明:树脂粘度、固含量、醚键、亚甲基桥键、氧指数、压缩强度与POM/P摩尔比成正相关,二聚体、三聚体含量及发泡倍数与POM/P摩尔比成负相关。POM/P摩尔比在1.6左右时酚醛树脂固含量为76.20%,粘度2055mPa·s,树脂活性最好,发泡倍数及阻燃效果最佳,表观密度均匀。     

催化剂对低游离酚低游离醛酚醛树脂的性能影响研究

在P/F=1∶1.6情况下,分别以氢氧化钠、氢氧化钡、氨水、氧化锌为催化剂,催化苯酚与多聚甲醛合成高固含量酚醛树脂。研究了催化剂用量和种类对树脂黏度、固含量、游离酚、游离醛,以及固化后树脂力学性能的影响。结果表明:浸渍和胶合用酚醛树脂,以氢氧化钠制备的酚醛树脂的综合性能最优;氢氧化钠用量为3.5%时,树脂黏度为3.0Pa·s,固含量为86%,游离酚为4.0%,游离醛为0.4%且合成树脂预聚体的p H9.5,为弱碱性。     

低游离甲醛含量酚醛树脂胶粘剂的合成

采用两次加碱一次回流法合成工艺代替一次法和两次碱法制备了酚醛树脂胶粘剂。对产物粘度,游离甲醛含量及固化物拉伸剪切强度测试,研究了酚醛比、催化剂加入量、反应温度、回流时间等对产物性能的影响。结果表明:苯酚与甲醛物质的量比1∶2,催化剂加入量为苯酚质量分数的25%,回流反应45 min可得到具有交联结构的酚醛树脂胶粘剂,产品分子质量及粘度适中,拉伸剪切强度可达到5 MPa以上,游离甲醛质量分数<0.03%,稳定性较好。     

基于生物质单宁的低甲醛释放量酚醛泡沫制备与性能

利用生物质单宁取代部分苯酚,定量尿素作为甲醛捕捉剂,制备了单宁改性可发泡酚醛树脂,然后以硫酸与对甲苯磺酸混合酸作为固化剂,正戊烷为发泡剂,制备了单宁改性酚醛泡沫。利用傅里叶变换红外光谱和核磁共振氢谱对树脂结构进行了表征,依据GB/T 30694–2014检测了不同单宁用量对酚醛泡沫甲醛释放量的影响,使用电子万能试验机和极限氧指数(LOI)仪检测了不同单宁用量对酚醛泡沫力学性能和阻燃性能的影响。结果表明,改性酚醛泡沫pH为6;当加入的单宁用量为苯酚质量的3%时,改性酚醛泡沫甲醛释放量最低为1.1875 mg/L,达到了人造板E1标准,泡沫压缩强度为0.2166 MPa,冲击强度为2.81 kJ/m~2,粉化率低至2.01%,LOI达到37%,其综合性能最好。相对于纯酚醛泡沫,单宁改性酚醛泡沫的力学性能有所提升,脆性明显改善,阻燃性能显著提高。     

发泡剂和催化体系对软质聚氨酯泡沫结构和性能的影响

研究了发泡剂和催化体系对软质聚氨酯泡沫(PUF)形态结构和性能的影响,并对PUF进行了表观密度、泡孔结构分析和拉伸性能的测试。结果表明:随着发泡剂用量的增大,泡沫结构呈现由柔软易碎到结构良好再到开裂的变化过程,PUF的表观密度逐渐降低,数均泡孔直径逐渐变大;当水用量为3.0 phr时,PUF的形态结构和力学性能均较好,压缩永久形变最小,为4.3%,拉伸强度达39.4 k Pa;当二月桂酸二丁基锡用量为1.0 phr、胺催化剂用量为0.5 phr时,凝胶反应和发泡反应达到较好的"平衡"状态,制备的PUF力学性能较为优良,压缩永久变形为4.3%,拉伸强度为41.2 k Pa。     

腰果酚用量对酚醛泡沫性能的影响

以酚醛树脂为原料,对甲苯磺酸为固化剂,研究了腰果酚用量对酚醛泡沫性能的影响。结果表明:腰果酚的引入可以明显改善酚醛泡沫的力学性能和粉化度,当腰果酚用量为5份时,酚醛泡沫的压缩强度达到最高值1.12 MPa,粉化度明显降低。     

可发性酚醛树脂合成的正交实验

通过正交实验对可发性酚醛树脂合成条件及影响酚醛泡沫性能的因素进行了研究与探讨。结果表明:四因素对粘度、固含量影响的重要性主次顺序为:反应温度>反应时间>催化剂用量>F/P摩尔比。初步确定合成可发性酚醛树脂较适宜的反应条件:苯酚与甲醛摩尔比为1.6,催化剂CaO用量为苯酚质量的4%,反应温度80℃,反应时间3.5h。     

环氧腰果酚/硅氧烷对酚醛树脂及泡沫性能的影响

以环氧腰果酚(ECD)为酚原,替代部分苯酚,同时引入1,3-双(氨丙烷基)四甲基二硅醚(APTMDS),合成改性酚醛树脂,进而制备改性酚醛泡沫。分析APTMDS添加量一定时,ECD替代苯酚量对改性树脂的结构、游离酚含量、游离醛含量、黏度以及热稳定性的影响,研究ECD替代苯酚量对改性泡沫压缩强度、弯曲强度、易碎性能以及燃烧性能的影响。结果表明,当APTMDS添加量一定时,改性树脂体系的游离酚含量随着ECD的替代量的增加而呈下降趋势,游离醛随着ECD的替代量的增加而呈上升趋势,改性树脂体系的黏度随着ECD的替代量的增加有所上升。改性酚醛泡沫的压缩和弯曲强度有很大程度的提高,当ECD替代量为4%(wt)时,改性泡沫的压缩和弯曲强度最大,分别为0.281和0.363 MPa,与纯酚醛泡沫相比,分别提高了91.16%和62.05%。改性酚醛泡沫粉碎率有所降低,当ECD替代苯酚量为12%时,改性酚醛泡沫的粉碎率最小,19.81%,与纯酚醛泡沫相比,下降了24.13%。改性后的酚醛泡沫的阻燃性能略有下降。     

粗酚部分替代苯酚制备酚醛泡沫保温材料

采用多聚甲醛、粗酚和苯酚为原料制备了酚醛泡沫保温材料,研究了聚合时间、聚合温度、醛酚[多聚甲醛与总酚(粗酚和苯酚的总称)]摩尔比、催化剂用量和粗酚替代量等合成条件对可发性酚醛树脂性能的影响。经优化的酚醛树脂合成条件:聚合时间为3.0 h,聚合温度为85℃,醛酚摩尔比为1.60,催化剂用量为0.04 mol(总酚1.00 mol),粗酚替代量为总酚质量的30%。酚醛泡沫(表观密度为45 kg/m3)的导热系数为0.028 W/(m.K),氧指数为36%,压缩强度为0.29 MPa。     

PVA纤维改性酚醛泡沫的研究

为了改善酚醛泡沫的性能,选用聚乙烯醇(PVA)纤维作为酚醛泡沫的增强材料,研究了不同PVA纤维含量和长度对酚醛泡沫的泡孔结构、压缩性能、弯曲性能的影响。结果表明,PVA纤维可以有效改善酚醛泡沫的力学性能和泡孔结构,随着PVA纤维含量的增加,酚醛泡沫的力学性能呈现先增大后减小的趋势。当PVA纤维的用量为酚醛树脂质量的3%时,酚醛泡沫的力学性能达到了最大值,泡孔结构达到了小且均匀的状态。PVA纤维的长度对酚醛泡沫的泡孔结构也有一定的影响,当PVA纤维长度为6 mm时,酚醛泡沫具有最好的泡孔结构,但PVA纤维长度增加时,酚醛泡沫的压缩性能、弯曲性能减小。     

粗酚酚醛泡沫的制备及其性能研究

以粗酚、苯酚、多聚甲醛为原料合成了可发性粗酚酚醛树脂,发泡制备了粗酚酚醛泡沫。研究了粗酚用量对酚醛泡沫表观密度、吸水率、压缩强度、弯曲强度、阻燃性等性能的影响。并通过生物显微镜观察、TG分析对粗酚酚醛泡沫的结构和耐热性进行了表征。结果表明:粗酚的加入使泡沫的力学性能、泡孔分布均有所提高。其中粗酚质量分数为30%时,泡沫综合性能最佳,此时,压缩强度为0.206 MPa,弯曲断裂力为36 N,吸水率为5.99%,较纯酚醛泡沫有一定程度提高。粗酚酚醛泡沫氧指数大于40%,阻燃性能优异,导热系数0.031 W/(m.K),保温性能良好。