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酚醛樹脂改性

放大字體  縮小字體 發布日期:2011-03-23   瀏覽次數:221  分享到: 分享到騰訊微博

(1)耐熱改性耐熱性一直是酚醛樹脂研究者關注的指標之一,許多研究者從分子結構、聚合工藝條件、共混材料等方面對其進行了研究,取得了一定成效,目前常用有機硅、聚合物、納米粉體、金屬及非金屬離子等材料對酚醛樹脂進行耐熱性改性。

①有機硅改善酚醛樹脂耐熱性  周重光等人將合成的樹脂溶于丙酮,加入一定量自制有機硅低聚物,攪拌下升溫至回流溫度反應,脫去溶劑后得紅褐色有機硅改性耐熱酚醛樹脂。此樹脂在氮氣中820℃的燒蝕成炭率可超過70%。

②酰亞胺改善酚醛樹脂耐熱性  閻業海等人將合成出的線性酚醛樹脂與氫氧化鉀、烯丙基氯反應.制得烯丙基化酚醛樹脂;烯丙基化酚醛樹脂在添加了反應性稀釋劑后與雙馬來酰亞胺預聚,得到改性酚醛樹脂(I)。樹脂(I)與適量高溫固化劑共混后得到改性酚醛樹脂(Ⅱ)。性能測試表明,改性樹脂的熱穩定性十分優良。樹脂Ⅱ比樹脂1表現得更為優異,其起始分解溫度為416℃(樹脂I,402℃),質量分數lO%的失重溫度為458℃(樹脂I,445℃),500℃下的質量保持率82%(樹脂I,80%),即使在700℃其質量保持率也高達54%(樹脂I,51%)。該樹脂同時還具有良好的加工性能,在注射溫度下具有低黏度(0.25Pa?s),但在加工溫度(170℃、200℃)下,樹脂能夠快速固化。使用高溫固化劑后,首先樹脂的Tg從288℃提高到322℃;其樹脂黏度雖有所升高,但仍能滿足樹脂傳遞模塑工藝的要求;另外加入固化荊后,在300℃下樹脂Ⅱ的彎曲強度和模量保持率可達73%和83%;

③納米粉體改善酚醛樹脂耐熱性  近年來,一些研究者研究了納米粉體對酚醛樹脂的改性,并特別關注納米粉體的分散。郭江山等人采用插層聚合法將蒙脫土與酚醛樹脂進行改性,制得線性酚醛樹脂/有機改性蒙脫土納米復合材料。熱重分析表明,其構成的納米復合材料比純線性酚醛樹脂具有更好的耐熱性能。車劍飛等人在聚合體系中加入納米TiO2,發現延長了體系出現開始混濁的時間,且隨著納米粒子加入量的增多,體系開始出現混濁的時間變長;在研究其他納米粒子時發現,A1203對體系開始出現混濁時間基本沒有影響,而納米Si02粒子的加入卻縮短了體系開始出現混濁的時間。與混合法相比,原位法聚合制得的改性酚醛樹脂的耐熱性可顯著提高。當納米粒子加入量在5%以下時,改性樹脂沖擊強度最明顯,而混合法則無改善效果。

④金屬、非金屬離子改善酚醛樹脂耐熱性  劉曉洪等人對金屬和非金屬離子改性酚醛樹脂進行了研究,發現也可提高樹脂的耐熱性。他們的做法是將苯酚、甲醛和鉬改性劑在100℃反應3h,獲得的鉬改性酚醛樹脂的熱分解溫度為522℃,其在600℃下的熱失重率為17. 5%。

狄西巖等人用硼改性了酚醛樹脂,發現該樹脂具有優越的耐中子輻射及耐瞬間燒蝕性能,但其耐濕性差。為改善其耐濕性能,可利用烯丙基苯酚與多聚甲醛、硼酸等反應改性,還可以合成出一種可與其他古不飽和雙鍵樹脂(或化合物)發生共聚反應的烯丙基硼酚醛樹脂。

(2)提高殘碳率改性酚醛樹脂殘碳率高可以減少其制品的氣孔率,使得制品性能均一,這在摩擦材料、模具磨料、耐火材料等行業是非常重要的。為此,研究者從不同角度進行了大量的改性研究,取得了一些成效。

主要從無機材料共混改性、不同酚的共聚改性等方面對酚醛樹脂進行了改性研究。

①與無機粉體共混改善酚醛樹脂殘碳率  共混改性是最有效最簡單的一種改性方法,與酚醛樹脂共混材料多為有機材料,如煤瀝青、芳香烴溶劑、呋哺樹脂、醇類溶劑、交聯劑等進行混合作為結合劑,具有成本低、殘碳率高等特點。尤其是采用這種材料作為含碳耐火材料結合劑的強度較高,大幅度地提高了制品在100~500℃時的熱態弱度。但用無機材料改性酚醛樹脂以改善耐熱性和提高殘碳率的研究還很少。

王繼剛等人將硅粉、馬C等無機材料添加到酚醛樹脂中進行改性研究。研究表明:當硅粉與酚醛樹脂的比例為1:1時,可有效減少酚醛樹脂黏結劑的體積收縮,并保證高溫炭化后仍有較高量的樹脂碳。這種硅改性高殘碳率酚醛樹脂黏結劑,在200℃固化和800℃熱處理后具有較好的黏結強度。添加B4C也可以降低膠層的體積收縮,促進酚醛樹脂殘碳的石墨化,通過B原子與C固溶而析出C的機理,可獲得高溫性能較好的黏結劑。用該改性酚醛樹脂對石墨材料進行粘接試驗表明,該材料經1500℃處理后仍具有較高的粘接強度。在上述域C改性酚醛樹脂高溫黏結劑的基礎上,再添加白炭黑(超細S102)制備另一種新型黏結劑。該材料在經2550℃處理后仍具有理想的耐熱溫度和粘接強度,白炭黑的添加對提高膠層的致密性和粘接強度具有明顯的效果。

②與不同酚共聚改善酚醛樹脂的殘碳率  酚醛樹脂中的酚主要是指苯酚。但若采用具有反應活性烷基酚就可以合成出殘碳率高并具有一些特殊性能的酚醛樹脂。

王井岡等人采用苯酚:芳基酚:烷基酚配比為0. 85:0.10;

0,05(摩爾比),合成出一種殘碳率比普通酚醛樹脂提高約9%的酚醛樹脂。以鎢及稀土元素改性劑,在用量僅為0.2%(質量分數)改性上述芳基酚醛樹脂,其殘碳率可達69.87%  (900℃)。在酚醛樹脂中引入β-萘酚也可以增加樹脂的碳含量。但由于多環酚反應活性較低,若過多加入會導致聚合反應不完全,反而降低了殘碳率。

張一甫等人在苯酚與間苯二酚的摩爾量比為4:1,酚、醛的摩爾量比為l:l條件下合成的間苯二酚改性酚醛樹脂作為木材用黏結劑,其與聚醋酸乙烯酯乳膠相比具有剪切強度高、固化速度快、殘碳率高等優點。

王勇進等人用三溴苯酚、三聚氰胺和松香分別改性酚醛樹脂,按一定比例進行混合用于木材和即刷線路板防火的阻燃樹脂,當3種樹脂的配比范圍是2:1:2時,得到殘碳率高的樹脂,其阻燃性能達到UL-94V-O級別的要求。

(3)其他改性在改善酚醛樹脂耐沖擊性能方面,李新明等人用丁腈橡膠與苯酚、甲醛共聚進行了研究,當丁腈橡膠用量僅為2%時就可使酚醛樹脂的沖擊強度提高100%。當進一步增加丁腈橡膠用量時會進一步增加材料的沖擊強度。

在改善酚醛樹脂粘接性方面,董瑞玲等人用聚砜進行了研究,其做法是先將苯酚與多聚甲醛在增流劑存在下進行反應,之后加入聚砜至放熱反應結束,獲得聚砜改性酚醛樹脂。由于單體采用的是多聚甲醛,所以不需要真空脫水等操作,免除了污水對環境的污染,該改性樹脂作為玻璃纖維黏結劑性能良好。高素云對酚醛樹脂粘接性的研究中發現,加大催化劑氨水的用量可以低溫合成出黏度低、固化速度適宜的酚醛樹脂。此時若將聚乙烯醇引進到酚醛樹脂結構中可提高酚醛樹脂的韌性和粘接性,降低成型壓力。

在改善酚醛樹脂泡沫掉渣性方面,梁明莉等人用聚氨酯預聚物進行了研究。發現加入3%-13%聚氨酯預聚物泡沫可較大程度地改善純酚醛泡沫的掉渣性,掉渣程度減少22. 50%-65. 30%,從而使泡沫斷面結構致密均勻,光滑無沫,有回彈性,達到了不粉化的目的。聚氨酯改性酚醛泡沫比純酚醛泡沫的容重大,壓縮強度在預聚物加入量小于8%時與同容重純酚醛泡沫相接近。大于8%時則遠遠高于后者,彎曲強度與同窯重純酚醛泡沫相比略有下降。而泡沫的熱穩定性、臨界氧指數、吸水率等性能與純酚醛泡沫相比基本不變。

 

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