腰果酚改性酚醛泡沫的制備與性能研究(摘要)

劉瑞杰(1.中國林業科學研究院，北京 100091;2.中國林業科學研究院林產化學工業研究所，南京 210042)

首先利用多聚甲醛與苯酚為原料制備甲階酚醛樹脂，探討了多聚甲醛/苯酚物質的量之比、縮聚反應溫度、催化劑加入量對樹脂性能及其可發性的影響，對合成的甲階酚醛樹脂進行物理和化學測定，結果表明:采用多聚甲醛與苯酚為原料制備甲階酚醛樹脂完全可以實現生產過程中的廢水零排放;甲階酚醛樹脂的合成最佳條件為:多聚甲醛/苯酚物質的量之比1.8，縮聚反應溫度90℃，催化劑加入量5 g(以100 g苯酚質量為基準)，此時樹脂黏度為2 600 mPa·s、游離甲醛質量分數為1.23%、游離苯酚質量分數為5.43%、樹脂相對分子質量在250～300左右，熱失重質量殘留率在50%以上，樹脂性能皆能較好滿足甲階酚醛樹脂性能要求，且成本較低。

其次，在甲階酚醛樹脂制備工藝的基礎上，利用腰果酚代替部分苯酚制備改性甲階酚醛樹脂，研究腰果酚替代量對改性甲階酚醛樹脂性能及其泡沫性能的影響，并利用DSC分析方法對腰果酚改性甲階酚醛樹脂進行固化動力學分析。結果表明:用腰果酚增韌酚醛泡沫，可以明顯改善酚醛泡沫的力學性能，且生產成本相對于基礎甲階酚醛樹脂明顯降低;當腰果酚質量分數為10%時:樹脂黏度4 650 mPa·s，游離苯酚質量分數5.15%，游離甲醛質量分數0.68%，酚醛泡沫的彎曲強度達到最佳值0.25 MPa，壓縮強度達到最大值0.20 MPa，但增韌酚醛泡沫的阻燃性和熱穩定性都有所下降;采用DSC研究樹脂固化動力學，得到固化反應動力學模型，物質的量之比為1.8條件下，腰果酚質量分數10%樹脂固化反應指數為0.75，固化反應活化能為108.5 kJ/mol;腰果酚質量分數為0%樹脂固化反應指數為0.76，固化反應活化能為 98.13 kJ/mol。

最后，利用非反應型填料氫氧化鋁對腰果酚改性酚醛泡沫進行填充改性，探討了氫氧化鋁添加量對腰果酚改性酚醛泡沫性能的影響。結果表明:阻燃劑氫氧化鋁的引入對酚醛泡沫的臨界氧指數及力學性能有較大影響，當氫氧化鋁質量分數為10%時，酚醛泡沫性能較好，此時酚醛泡沫氧指數為42，提高幅度達12%，彎曲強度和壓縮強度達到0.30 MPa和0.25 MPa，分別提高了20%和25%;錐形量熱儀分析顯示，隨著氫氧化鋁含量的增加酚醛泡沫的點燃時間逐漸增大，持續燃燒時間逐漸降低;HRR、峰值HRR、平均EHC及峰值EHC隨著氫氧化鋁含量的增加均呈降低趨勢，且峰值HRR對應時間延后;CO和CO2生產率隨著氫氧化鋁含量的增加而增加，但增加幅度不大;THR隨著氫氧化鋁含量的增加而降低。

多聚甲醛;甲階酚醛樹脂;腰果酚:增韌;氫氧化鋁;酚醛泡沫