關(guān)于聚乙二醇對(duì)酚醛樹(shù)脂泡沫增韌效果的分析

1、    關(guān)于聚乙二醇對(duì)酚醛樹(shù)脂泡沫增韌效果的分析    顧婉娜摘 要：應(yīng)用多聚甲醛與苯酚制備酚醛樹(shù)脂，再對(duì)酚醛樹(shù)脂展開(kāi)發(fā)泡實(shí)驗(yàn)研究，將質(zhì)量不同和相對(duì)分子質(zhì)量的聚乙二醇作為變量，當(dāng)酚醛樹(shù)脂進(jìn)入脫水階段時(shí)，加入聚乙二醇，從而實(shí)驗(yàn)獲得改性后的酚醛樹(shù)脂。加入發(fā)泡劑和固化劑等物質(zhì)，酚醛樹(shù)脂泡沫在發(fā)泡后能夠得到良好的增韌效果。對(duì)酚醛樹(shù)脂泡沫進(jìn)行力學(xué)性能參數(shù)研究，探究酚醛樹(shù)脂泡膜的增韌效果達(dá)到最佳時(shí)，聚乙二醇的質(zhì)量與相對(duì)分子質(zhì)量情況，進(jìn)而了解酚醛樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：聚乙二醇;酚醛樹(shù)脂泡沫;增韌效果0 引言當(dāng)前酚醛樹(shù)脂發(fā)泡材料在保溫隔熱防火領(lǐng)域內(nèi)有著良好的應(yīng)用效果，分析

2、各類原料對(duì)酚醛樹(shù)脂發(fā)泡的影響，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)材料進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確定聚乙二醇的添加量，從而找出最佳水平組合。酚醛樹(shù)脂泡沫在發(fā)泡過(guò)程中需要用到乳化劑、發(fā)泡劑、增韌劑等原料，分析酚醛樹(shù)脂發(fā)泡的最佳配比，有利于強(qiáng)化酚醛樹(shù)脂泡沫的增韌效果。1 酚醛樹(shù)脂泡沫概述1.1 酚醛樹(shù)脂泡沫酚醛泡沫是一種難燃且具有保溫功能的材料，其導(dǎo)熱系數(shù)比較低。酚醛泡沫在燃燒時(shí)只會(huì)表面發(fā)生碳化，不會(huì)產(chǎn)生熔融滴落物，但會(huì)有少量的煙氣產(chǎn)生。酚醛樹(shù)脂的耐熱性能較強(qiáng)，擁有優(yōu)異的耐溶劑性能。近幾年，在建筑保溫和隔熱領(lǐng)域內(nèi)，人們對(duì)酚醛泡沫材料進(jìn)行了廣泛關(guān)注。但當(dāng)前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的酚醛泡沫在技術(shù)上還不夠成熟，產(chǎn)品容易分化，吸水率較高，且生產(chǎn)成本不

3、低，這導(dǎo)致建筑施工時(shí)無(wú)法廣泛應(yīng)用以酚醛泡沫為原料的外墻保溫材料。制備酚醛泡沫的基礎(chǔ)原料就是酚醛樹(shù)脂，這是一種人工合成的樹(shù)脂材料，已經(jīng)具有百年的應(yīng)用歷史，由于酚醛樹(shù)脂價(jià)格低廉，制成工業(yè)產(chǎn)品后有著較高的力學(xué)強(qiáng)度，在耐熱、絕緣、阻燃方面擁有良好的應(yīng)用特點(diǎn)，可以將酚醛樹(shù)脂用于汽車(chē)、電子、住宅、電氣等行業(yè)中。但酚醛樹(shù)脂在應(yīng)用時(shí)也存在缺點(diǎn)，酚羥基與亞甲基容易被氧化，導(dǎo)致酚醛樹(shù)脂的耐熱性受影響，固化后的酚醛樹(shù)脂芳核間由亞甲基相連，這一結(jié)構(gòu)容易導(dǎo)致剛性基團(tuán)的密度過(guò)大，酚醛樹(shù)脂無(wú)法抵御外界沖擊，韌性不強(qiáng)。因此，提高酚醛樹(shù)脂的韌性和耐熱性是人們研究的重點(diǎn)1。1.2 酚醛樹(shù)脂的分類一般情況下，常見(jiàn)的酚醛樹(shù)脂主要有熱

4、塑性酚醛樹(shù)脂與熱固性酚醛樹(shù)脂。酚醛泡沫在應(yīng)用中具有絕熱、難燃以及耐腐蝕的特點(diǎn)，可在石油化工、建筑施工以及交通運(yùn)輸中廣泛應(yīng)用。其中，熱塑性酚醛樹(shù)脂屬于線性結(jié)構(gòu)，擁有可溶可熔的特點(diǎn)，將酚醛樹(shù)脂材料加熱后，材料不會(huì)固化，只有加入一定劑量的固化劑后，熱塑性酚醛樹(shù)脂才能固化。熱固性酚醛樹(shù)脂材料需要經(jīng)歷三個(gè)階段：甲階段pf是線性可溶可熔酚醛樹(shù)脂;乙階是少量交聯(lián)半可熔可熔酚醛樹(shù)脂;丙階為交聯(lián)不溶不熔酚醛樹(shù)脂。一般情況下，合成的熱固性酚醛樹(shù)脂多數(shù)被控制在前兩個(gè)階段，以此保證酚醛樹(shù)脂在加工中能夠流動(dòng)，不加入固化劑，通過(guò)加熱即能達(dá)到固化的效果，但丙階的熱固性酚醛樹(shù)脂卻難以進(jìn)行加工。1.3 發(fā)泡劑的作用發(fā)泡劑就是使

5、物質(zhì)成孔的材料，可以被劃分為三種類型，即化學(xué)類發(fā)泡劑、物理類發(fā)泡劑、表面活性劑。其中，化學(xué)發(fā)泡劑是氣體加熱分解后可以釋放二氧化碳與氮?dú)?，并在聚合物?nèi)產(chǎn)生細(xì)孔的化合物。物理類發(fā)泡劑是細(xì)孔通過(guò)某類物質(zhì)的物理形態(tài)轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)壓縮氣體膨脹、固體溶解、液體揮發(fā)而產(chǎn)生。發(fā)泡劑表面活性較高，可以降低液體張力，形成單個(gè)氣泡后再組成泡沫。在酚醛發(fā)泡中加入物理發(fā)泡劑，引入空氣后加入表面活性劑，進(jìn)而產(chǎn)生泡沫，通過(guò)升溫釋放氣體，并在受熱的情況下生成小氣泡孔，讓原本的實(shí)心材料成為多孔狀的海綿物質(zhì)。酚醛樹(shù)脂中的發(fā)泡劑實(shí)際上就是物理性發(fā)泡劑，化學(xué)發(fā)泡劑主要有碳酸鈉和碳酸氫鈉等，目前人們常用的發(fā)泡劑主要為鹵代脂肪烴，該材料主要

6、是氟利昂，容易對(duì)大氣臭氧層造成破壞，目前已經(jīng)被多個(gè)國(guó)家禁止使用。為了尋找鹵代脂肪烴的替代品，人們?cè)谄浠窘M成和配比下進(jìn)行發(fā)泡劑量的調(diào)整。2 聚乙二醇對(duì)酚醛樹(shù)脂泡沫增韌效果分析2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程2.1.1 酚醛樹(shù)脂合成實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主要需要用到peg600、peg1000、peg2000、peg4000、苯酚、多聚甲醛、聚山梨酯-80、苯磺酸、鹽酸、氫氧化鋇等材料。需要用到的儀器設(shè)備主要有電子天平、集熱式恒溫加熱器、磁力攪拌器、電動(dòng)式攪拌電機(jī)、傅里葉變換紅外光譜儀、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、水浴加熱回流冷凝管。酚醛樹(shù)脂的制備需要經(jīng)過(guò)一定的流程，將苯酚、多聚甲醛、氫氧化鋇經(jīng)過(guò)冷凝回流，縮聚后出料。酚醛樹(shù)脂的合成需要經(jīng)

7、過(guò)幾點(diǎn)步驟：（1）在試劑瓶?jī)?nèi)加入苯酚晶體，將其放在40水浴鍋內(nèi)加熱，直到苯酚晶體全部融化。（2）使用電子天平稱量94.11g的液態(tài)苯酚，將其放在500ml三口燒瓶?jī)?nèi)，使用集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，將三口燒瓶放在水浴鍋內(nèi)，再用鐵夾將三口燒瓶固定住。（3）打開(kāi)水浴鍋的開(kāi)關(guān)，將溫度調(diào)節(jié)到45左右，將攪拌子放入三口燒瓶?jī)?nèi)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為每分鐘20r，插入回流冷凝管進(jìn)行冷凝。（4）使用電子天平稱量八水合氫氧化鋇，為了確定用量，可使用苯酚4%質(zhì)量的八水合氫氧化鋇，放入三口燒瓶中攪拌均勻，等待晶體溶解，再調(diào)節(jié)溫度到70，恒溫后產(chǎn)生反應(yīng)，加入1.6mol多聚甲醛49.6g，需加熱4小時(shí)。加入多聚甲醛后，液體逐漸變

8、得渾濁，同時(shí)會(huì)有白色顆粒狀的多聚甲醛在苯酚溶液中漂浮，反應(yīng)后這些顆粒物將會(huì)被溶解，液體顏色加深，從原有的淺黃色逐漸轉(zhuǎn)為深黃棕色。反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，酚醛樹(shù)脂液體將轉(zhuǎn)為透明，且液體粘度越來(lái)越大，并變?yōu)樯罴t棕色2。2.1.2 酚醛樹(shù)脂泡沫制備將酚醛樹(shù)脂、發(fā)泡劑、酸固化劑、表面活性劑經(jīng)過(guò)攪拌發(fā)泡，固化后形成酚醛樹(shù)脂泡沫。關(guān)于酚醛樹(shù)脂發(fā)泡時(shí)所有試劑的用量，具體如：酚醛樹(shù)脂20g;聚山梨酯-80 1.5g;二氯甲烷2.4g;含80%水溶液的苯磺酸1.0g;含80%水溶液的對(duì)苯磺酸1.2g;鹽酸1.0g。按照提前配置的比例稱取試劑，將稱量后的酚醛樹(shù)脂、發(fā)泡劑、固化劑倒入燒杯內(nèi)，攪拌至混合狀態(tài)。計(jì)時(shí)開(kāi)始，記錄酚醛

9、樹(shù)脂和發(fā)泡劑等混合液的起泡時(shí)間與泡沫最高點(diǎn)時(shí)間，直到發(fā)泡終了階段后停止計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)期間應(yīng)測(cè)量反應(yīng)溫度，當(dāng)泡沫高度超過(guò)杯口時(shí)插入3cm深的熱電偶，將最高溫度記錄為反應(yīng)溫度。這時(shí)，固化之后的酚醛樹(shù)脂泡沫就是制備成功的成品。強(qiáng)力攪拌作用下，混合液體放熱的同時(shí)粘度加大，液體顏色從透明變?yōu)榧t棕色，再變?yōu)辄S色，隨著酚醛樹(shù)脂泡沫的固化，物質(zhì)放熱的同時(shí)有起泡產(chǎn)生，導(dǎo)致發(fā)泡劑汽化，而酚醛樹(shù)脂體積開(kāi)始膨脹，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后酚醛樹(shù)脂泡沫又從棕黃色變?yōu)榧t色3。2.1.3 改性酚醛樹(shù)脂泡沫制備選擇熱固性酚醛樹(shù)脂材料，在酚醛樹(shù)脂制備完成后的5分鐘內(nèi)加入增韌劑，按照苯酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)確定增韌劑peg的加入量，最多不宜超過(guò)4%。改性酚

10、醛樹(shù)脂泡沫的發(fā)泡過(guò)程和純酚醛泡沫的制備方法一樣，而增韌劑peg的加入量情況如：改性酚醛樹(shù)脂加入0.5%的peg時(shí)，需要94.11g苯酚、0.47gpeg600、0.47gpeg1000、0.47gpeg2000、0.47gpeg4000;改性酚醛樹(shù)脂加入1%的peg時(shí)，需要94.11g苯酚、0.94gpeg600、0.94gpeg1000、0.94gpeg2000、0.94gpeg4000;改性酚醛樹(shù)脂加入2%的peg時(shí)，需要94.11g苯酚、1.88gpeg600、1.88gpeg1000、1.88gpeg2000、1.88gpeg4000;改性酚醛樹(shù)脂加入3%的peg時(shí)，需要94.11g苯

11、酚、2.82gpeg600、2.82gpeg1000、2.82gpeg2000、2.82gpeg4000;改性酚醛樹(shù)脂加入4%的peg時(shí)，需要94.11g苯酚、3.77gpeg600、3.77gpeg1000、3.77gpeg2000、3.77gpeg4000。2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析分析peg對(duì)酚醛樹(shù)脂泡沫的改性影響，四種不同型號(hào)的peg增韌酚醛樹(shù)脂發(fā)泡時(shí)間變化趨勢(shì)比較接近。隨著peg的加入量增加，酚醛樹(shù)脂發(fā)泡時(shí)間先下降，再上升。當(dāng)peg的加入量是2%的時(shí)候，酚醛樹(shù)脂的發(fā)泡時(shí)間最低，只有49.1s。當(dāng)peg的加入量超過(guò)2%時(shí)，此時(shí)peg黏度增加，阻礙酚醛樹(shù)脂的發(fā)泡過(guò)程，所以酚醛樹(shù)脂的發(fā)泡時(shí)間也會(huì)

12、有所增加。經(jīng)過(guò)比較分析得知，peg1000的酚醛樹(shù)脂發(fā)泡時(shí)間最佳，在60s左右，沒(méi)有過(guò)大的變化幅度，這與peg1000分子鏈適中有關(guān)，peg1000和酚醛樹(shù)脂之間有著較好的相容性，對(duì)酚醛樹(shù)脂不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的活性影響，因此酚醛樹(shù)脂的發(fā)泡時(shí)間是最穩(wěn)定的。正常情況下，酚醛樹(shù)脂泡沫固化時(shí)間為60s。這幾種型號(hào)的peg增韌酚醛樹(shù)脂固化時(shí)間變化趨勢(shì)相近，peg用量增加后，酚醛樹(shù)脂的固化時(shí)間先上升再下降。當(dāng)peg用量為2%時(shí)，酚醛樹(shù)脂的固化時(shí)間在60s左右，最多不超過(guò)70s。在固化時(shí)間方面，peg1000的固化時(shí)間不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大波動(dòng)，基本處于50s左右。通過(guò)peg對(duì)酚醛樹(shù)脂發(fā)泡倍數(shù)的影響分析，四種類型peg增韌

13、酚醛樹(shù)脂泡沫發(fā)泡倍數(shù)變化趨勢(shì)相近。peg用量增加后，發(fā)泡倍數(shù)先上升后下降，當(dāng)peg加入量是2%時(shí)，酚醛樹(shù)脂的發(fā)泡倍數(shù)最大，可達(dá)20.7倍。相比較而言，peg1000的發(fā)泡倍數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，沒(méi)有過(guò)大的變化幅度，一直處于13.2倍左右，最多不超過(guò)16.1倍。分析peg對(duì)密度的影響。四種類型的peg增韌酚醛樹(shù)脂泡沫密度比較接近，隨著peg的用量增加，酚醛樹(shù)脂泡沫密度先減少再增加。當(dāng)peg的加入量為2%時(shí)，酚醛樹(shù)脂泡沫的密度最低，只有45.2mg/cm3。相比較而言，peg1000的密度比較溫度，處于55mg/cm3左右，最多不超過(guò)70mg/cm3。由于這幾種peg酚醛樹(shù)脂泡沫質(zhì)量一樣，因此密度和酚醛樹(shù)脂

14、發(fā)泡的倍數(shù)之間呈反比關(guān)系。分析peg對(duì)粉化率的影響。隨著peg添加量的增加，酚醛樹(shù)脂泡沫塑料粉化率下降，當(dāng)peg加入量為2%時(shí)，酚醛樹(shù)脂塑料粉化率最小，只有2%。隨著peg加入量的不斷增加，酚醛樹(shù)脂塑料的粉化率開(kāi)始升高，出現(xiàn)這一情況的原因與peg粘度小有關(guān)，且peg和酚醛樹(shù)脂之間有著較好的相容性，酚醛樹(shù)脂固化成型時(shí)容易和酚醛樹(shù)脂形成互穿的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，柔性分子鏈與剛性酚醛低分子鏈能夠串聯(lián)在一起，表觀相對(duì)摩爾質(zhì)量有所增加，而酚醛樹(shù)脂泡沫塑料粉化程度降低。當(dāng)peg加入量超過(guò)2%時(shí)，peg年度提升，和酚醛樹(shù)脂之間的相容性開(kāi)始邊長(zhǎng)，酚醛樹(shù)脂泡沫體變得不再均勻，甚至有塌泡的情況出現(xiàn)。3 結(jié)語(yǔ)總而言之，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用多聚甲醛、苯酚等原料制作酚醛樹(shù)脂，選擇不同質(zhì)量和相對(duì)分子質(zhì)量的聚乙二醇，對(duì)酚醛樹(shù)脂泡沫展開(kāi)增韌改性研究。通過(guò)聚乙二醇改性酚醛樹(shù)脂力學(xué)性能研究，應(yīng)用傅里葉紅外光譜儀了解酚醛樹(shù)脂泡沫的增韌改性