腰果酚改性酚醛泡沫的制备与性能研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liang6666
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酚醛泡沫相对于传统的保温材料,具有突出的难燃、低烟、低毒特性和优异的耐热性及隔热性。但酚醛泡沫具有硬脆、易粉化、掉渣厉害等缺点,且传统的酚醛泡沫生产过程中,采用苯酚与37%的甲醛溶液反应,产生大量的工业废水。另一方面,随着石油化工原料价格的上涨以及天然矿物资源的逐渐衰竭,使得人们越来越重视天然可再生资源在制备酚醛泡沫方面的应用。腰果酚是一种非常难得的天然生物质酚,能在化学品合成中替代多种酚类精细石化原料。利用腰果酚替代苯酚为原料制备的酚醛泡沫,可以提高酚醛泡沫的性能,扩大酚醛泡沫的应用领域,降低酚醛泡沫生产的环境污染问题。本论文首先利用多聚甲醛与苯酚为原料制备甲阶酚醛树脂,探讨了多聚甲醛/苯酚摩尔比、缩聚反应温度、催化剂加入量对树脂性能及其可发性的影响,对合成的甲阶酚醛树脂进行物理和化学测定,结果表明:采用多聚甲醛与苯酚为原料制备甲阶酚醛树脂完全可以实现生产过程中的废水零排放;甲阶酚醛树脂的合成最佳条件为:多聚甲醛/苯酚摩尔比1.8,缩聚反应温度90℃,催化剂加入量5g(以100g苯酚质量为基准),此时树脂粘度为2600mPa·s、游离甲醛含量为1.23%、游离苯酚含量为5.43%、树脂分子量在250到300左右,热失重质量残留率在50%以上,树脂性能皆能较好满足甲阶酚醛树脂性能要求,且成本较低。其次,在甲阶酚醛树脂制备工艺的基础上,利用腰果酚代替部分苯酚制备改性甲阶酚醛树脂,研究腰果酚替代量对改性甲阶酚醛树脂性能及其泡沫性能的影响,并利用DSC分析方法对腰果酚改性甲阶酚醛树脂进行固化动力学分析。结果表明:用腰果酚增韧酚醛泡沫,可以明显改善酚醛泡沫的力学性能,且生产成本相对于基础甲阶酚醛树脂明显降低;当腰果酚含量为10%时:树脂粘度4650mPa·s,游离苯酚含量5.15%,游离甲醛含量0.68%,酚醛泡沫的弯曲强度达到最佳值0.25MPa,压缩强度达到最大值0.20MPa,但增韧酚醛泡沫的阻燃性和热稳定性都有所下降;采用DSC研究树脂固化动力学,得到固化反应动力学模型,摩尔比(1.8)条件下,腰果酚含量10%树脂固化反应指数为0.75,固化反应活化能为108.5KJ.mol-1;腰果酚含量为0%树脂固化反应指数为0.76,固化反应活化能为98.13KJ.mol-1。最后,利用非反应型填料氢氧化铝对腰果酚改性酚醛泡沫进行填充改性,探讨了氢氧化铝添加量对腰果酚改性酚醛泡沫性能的影响。结果表明:阻燃剂氢氧化铝的引入对酚醛泡沫的临界氧指数及力学性能有较大影响,当氢氧化铝含量为10%时,酚醛泡沫性能较好,此时酚醛泡沫氧指数为42,提高幅度达12%,弯曲强度和压缩强度达到0.30MPa和0.25MPa,分别提高了20%和25%;锥形量热仪分析显示,随着氢氧化铝含量的增加酚醛泡沫的点燃时间逐渐增大,持续燃烧时间逐渐降低;HRR、峰值HRR、平均EHC及峰值EHC随着氢氧化铝含量的增加均呈降低趋势,且峰值HRR对应时间延后;CO和CO2生产率随着氢氧化铝含量的增加而增加,但增加幅度不大;THR随着氢氧化铝含量的增加而降低。
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