增韌改性酚醛泡沫的結構表征和微觀形貌淺析

摘要：針對酚醛泡沫的脆性、易粉化性、吸水性等問題，通過物理和化學的結合方式將柔性聚乙二醇鏈和聚氨酯鏈引入剛性的酚醛樹脂苯環結構之間，分別得到了聚乙二醇和聚氨酯增韌改性的酚醛泡沫。為了提高泡沫的力學強度，添加了適量的短玻璃纖維。另外，適量有機蒙脫土的添加可能更有利于進一步增強泡沫的力學強度和耐火性。文章通過紅外（IR）對改性泡沫的結構進行了表征;利用掃描電鏡（SEM）分析了改性后的酚醛泡沫的微觀形貌。

關鍵詞：酚醛泡沫;增韌改性;耐火性;微觀形貌

1 引言

筆者選取制備的聚乙二醇和聚氨酯體系改性酚醛泡沫為研究對象，通過利用紅外光譜（FT-IR）和掃描電鏡（SEM）測試，改性的酚醛泡沫提高了內增韌的效果和泡孔的穩定性。

2 實驗部分

2.1增韌改性酚醛泡沫的成型工藝

根據酚醛發泡生成機制，將粘稠狀甲階酚醛樹脂與表面活性劑混合，然后加入發泡劑和增韌改性劑，最后再加入混合酸固化劑，通過電動攪拌迅速混合均勻，再將此混合料注入模具中，在特定溫度下使發泡劑氣化，能在適宜的粘度下形成微孔，經過一段時間交聯固化后形成泡沫。本實驗采用的是物理發泡法制備酚醛泡沫，其中酚醛樹脂100份，發泡劑10份，表面活性劑4份，固化劑10份，增韌改性劑3-12份，其具體成型工藝見圖1。

2.2增韌改性酚醛泡沫的具體制備過程

2.2.1聚乙二醇改性酚醛泡沫的制備

將3-12份的聚乙二醇加入到100份甲階酚醛樹脂中，常溫下用電動攪拌快速混合，然后加入4份硅油，10份正戊烷，最后加入10份混合酸固化劑，迅速攪拌均勻后倒入模具中，在80℃烘箱中進行發泡，待固化2h后脫模取出即可。

2.2.2聚乙二醇-玻璃纖維混合改性酚醛泡沫的制備

將8份聚乙二醇加入到100份甲階酚醛樹脂中，然后加入0.5-2份6mm短玻璃纖維，常溫下用電動攪拌快速混合，之后加入4份硅油，10份正戊烷，最后加入10份混合酸固化，迅速攪拌均勻后倒入模具中，在80℃烘箱中進行發泡，待固化2h后脫模取出即可。

2.2.3聚乙二醇-玻璃纖維-有機改性蒙脫土混合改性酚醛泡沫的制備

將8份聚乙二醇加入到100份甲階酚醛樹脂中，然后依次加入0.2-1.5份的有機蒙脫土和1份6mm短玻纖，常溫下用電動攪拌快速混合，之后加入4份硅油，10份正戊烷，最后加入10份混合酸固化，迅速攪拌均勻后倒入模具中，在80℃烘箱中進行發泡，待固化2h后脫模取出即可。

2.2.4聚氨酯改性酚醛泡沫的制備

聚氨酯預聚體的合成：按照-NCO/-OH物質的量比為3：1的比例，向甲苯二異氰酸酯中加入聚乙二醇1000，控制反應溫度為70℃，之后升溫至80℃繼續攪拌約3h，即制得聚氨酯預聚體。聚氨酯改性酚醛泡沫的合成：將3-12份制得的聚氨酯預聚體加入到100份甲階酚醛樹脂中，常溫下用電動攪拌快速混合，然后加入4份硅油，10份正戊烷，最后加入10份混合酸固化劑，迅速攪拌均勻后倒入模具中，在80℃烘箱中進行發泡，待固化2h全后脫模取出即可。

2.2.5聚氨酯-玻璃纖維混合改性酚醛泡沫的制備

制備方法類似2，將聚乙二醇替換為聚氨酯預聚體即可。

2.2.6聚氨酯-玻璃纖維-有機改性蒙脫土復合改性酚醛泡沫的制備

制備方法類似3，將聚乙二醇替換為聚氨酯預聚體即可。

2.3實驗原料

選用制備出的幾種改性較好的泡沫：純酚醛泡沫（PF）、8份聚乙二醇1000改性酚醛泡沫（PPEG2）、聚乙二醇-1份玻璃纖維混合改性酚醛泡沫（PPEGGF2）、聚乙二醇-玻璃纖維-0.5份有機蒙脫土混合改性酚醛泡沫（PPEGGFOMT2）、8份聚氨酯改性酚醛泡沫（PPU2）、聚氨酯-1份玻璃纖維混合改性酚醛泡沫（PPUGF2）、聚氨酯-玻璃纖維-0.5份有機蒙脫土混合改性酚醛泡沫（PPUGFOMT2）。

2.4實驗設備與性能測試

紅外光譜（FT-IR）測試：采用美國Nexus公司FT-IR 670型傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR），掃描波數范圍為4000-400cm-1，透過率為lO～90%。將泡沫和KBr均勻混合并壓成片，將晶片置于紅外光譜儀上測出其紅外吸收。其中測量聚氨酯預聚體的紅外時，需將制好的聚氨酯預聚體涂在KBr晶片上，然后測量該晶片的紅外吸收。

掃描電鏡（SEM）測試：泡沫的形貌觀察采用的是日本AMRAY1000B環境掃描電子顯微鏡，為了便于觀察，在測試前需要在樣品上進行蒸金處理約20min。

3 結果與討論

3.1改性酚醛泡沫的結構表征

對聚乙二醇和聚氨酯改性酚醛泡沫作紅外分析。在圖2（a）中，3329cm-1處是酚醛苯環上的-OH伸縮振動吸收蜂，寬且強，說明樹脂含有較多的酚羥基;1612cm-1，1483cm-1處對應苯環C=C雙鍵的振動吸收峰：1236 cm-1處是酚羥基的Ph-O的伸縮振動引起的;1153cm-1處的弱峰可歸于醚鍵的CH2-O-CH2的對稱伸縮振動吸收峰;1017cm-1處的弱峰由芐羥基的PhCH2-0伸縮振動引起。從圖3.1（b）可知：聚乙二醇改性泡沫在3329cm-1處有較強的吸收峰，另外，在1160cm-1處也顯示較強的C-0振動峰，這表明：聚乙二醇鏈已經引入酚醛泡沫中去了[17， 28]鑒于二者紅外譜圖形狀基本相似，聚乙二醇中的-0H應該與酚醛樹脂中的羥甲基生成了部分氫鍵，是從物理角度起到增韌的作用。由圖2（c）可以看出，在3329cm-1處的-OH峰明顯變弱，1640cm-1處可能對應仲酰胺的C=O伸縮振動，這說明活性聚氨酯與樹脂中活潑氫生成仲酰胺類。另外，從圖2（d）中看出，在3400-3599cm-1區域的峰可對應仲酰胺中的N-H伸縮振動峰，在3329cm-1處的-OH峰明顯變弱，說明-NCO已經與-OH生成了聚氨酯預聚體，另外其他幾處特征峰也說明這點。結合圖2（c）與從圖（d）可知，活性聚氨酯預聚體中-NCO與樹脂中的大部分-OH發生反應，使柔性的聚氨酯鏈引入樹脂而起到內增韌的效果。

3.2改性酚醛泡沫的微觀形貌

圖3清晰說明此工藝制得的酚醛泡沫的閉孔率很高。純酚醛泡沫泡孔大小不均勻，且整體尺寸較大，泡壁較薄，因此酚醛泡沫較脆，力學性能差。聚乙二醇的引入提高了泡孔的穩定性，泡壁變厚，泡孔變小且排列致密。因為聚乙二醇會使酚醛樹脂粘度降低，氣泡迅速增長、合并，所以氣泡細小且均勻。聚氨酯改性酚醛泡沫泡孔致密均勻，且泡孔較小，比聚乙二醇改性泡沫的規整性更好，因為聚氨酯的引入使得氣體成核速度和體系粘度相匹配，固化形成致密的互穿網絡結構，使氣泡不至于過快逃逸，能得到更為完美的泡孔結構。

4 結語

（1）IR表征說明，聚乙二醇中的-0H與樹脂中羥甲基形成了部分氫鍵，是從物理角度起到增韌的作用;聚氨酯中的-NCO與樹脂中大部分羥甲基發生交聯反應，生成互穿網絡結構，使得酚醛樹脂中引入柔性聚氨酯鏈而起到內增韌的效果。

（2）通過SEM照片可見，純的酚醛泡沫泡孔大小不均勻，且整體尺寸較大，泡壁較薄;聚乙二醇的加入提高了泡孔結構的穩定性，泡壁變厚，泡孔變小且排列致密。聚氨酯改性的酚醛泡沫泡孔致密均勻，且泡孔較小，比聚乙二醇改性的泡沫的規整性更好。

作者簡介：

李蔚，研究生學歷，防火工程師，研究方向：防火監督檢查。

參考文獻：

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