一縮二乙二醇改性MF樹脂硬質泡沫體的研究

趙 輝，張明明，陳學璽

（青島科技大學化工學院, 山東 青島 266042）

一縮二乙二醇改性MF樹脂硬質泡沫體的研究

趙 輝，張明明，陳學璽

（青島科技大學化工學院, 山東 青島 266042）

研究了一縮二乙二醇對改性MF樹脂硬質泡沫體的增韌效果，通過正交實驗得出適宜一縮二乙二醇改性樹脂的合成工藝：n(F)/n(M)為2.5，反應時間為7 h，一縮二乙二醇添加量為8%，固含量為70%，反應溫度為80 ℃，pH為7～8。本實驗中泡沫的導熱系數(shù)在0.05 W(/m·K)以下。

MF樹脂；泡沫；一縮二乙二醇；改性

MF樹脂的固化，是通過亞甲基或二亞甲基醚鍵相互交聯(lián)實現(xiàn)的[1,2]，亞甲基兩端連有位阻很大的三嗪環(huán)，并且多個亞甲基同三嗪環(huán)間相互交錯，因此樹脂固化后硬度大，不易彎曲、伸展[3]，如果不進行有效的化學改性，最終發(fā)出的泡沫幾乎沒有韌性[4,5]。為了提高強度，降低脆性，本部分研究在樹脂合成過程中使用一縮二乙二醇對MF樹脂進行了改性，一縮二乙二醇嵌入MF樹脂的反應式如下式。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑與儀器見表1-2。

表1 實驗試劑Table 1 Experimental reagent

表2 實驗儀器Table 2 Experimental apparatus

1.2 一縮二乙二醇改性MF樹脂及其泡沫的制備

1.2.1 樹脂合成

裝配有冷凝器、電動攪拌器和滴液漏斗的四口燒瓶中加入適量蒸餾水，用氫氧化鈉調節(jié) pH為6.5～9.0，調節(jié)水浴溫度至75～90 ℃，按照1∶(2～3)的摩爾比，分批加入三聚氰胺和多聚甲醛，反應一段時間加入適量一縮二乙二醇，根據(jù)溶液黏度確定終點。

1.2.2 樹脂發(fā)泡

100 g一縮二乙二醇改性MF樹脂，5%～8%樹脂量的固化劑，2.5%樹脂量的乳化劑，8%～10%樹脂量的發(fā)泡劑，用均質機攪拌，混合均勻，放入體積約為1 L的模具中通過微波（800 W）加熱約2 min，獲得泡沫預發(fā)體(泡沫尚未穩(wěn)定成型)，然后在微波高火狀態(tài)下繼續(xù)加熱5～10 min，得硬質泡沫體。

制得泡沫之后測定表觀密度，泡沫塑料的表觀密度，定義為材料在溫度為（23±2）℃和相對濕度為（50±5）%時單位體積的質量，以g cm-3表示。表觀密度的測量是在天平上稱取規(guī)則試樣的質量，除以其體積即可得該材料的表觀密度。為了減少操作誤差，試樣體積一般應大于100 cm3，國家標準GB 6343，ISO 845，BS 4370，BS 4443均如此規(guī)定。

1.3 一縮二乙二醇改性工藝實驗

本實驗在固定溫度、pH的情況下選取n(F)/n(M)、反應時間、一縮二乙二醇添加量、固含量作為考察因素，設計四因素三水平正交實驗，獲得優(yōu)化合成工藝條件。因素水平表如表3，正交實驗設計如表4。

表3 因素水平表Table 3 Factors and levels

表4 正交實驗設計表Table 4 The orthogonal design table

2 實驗結果與處理

2.1 正交實驗結果與處理

由表5均值分析可以得到較優(yōu)水平：n(F)/n(M)為2.5，反應時間為7 h，一縮二乙二醇添加量為8%，固含量70%，由極差分析能夠看出四個因素的影響大小：固含量＞反應時間＞一縮二乙二醇添加量＞n(F)/n(M)，最優(yōu)水平組合：D3B3C3A2。

表5 正交實驗設計表Table 5 The orthogonal design table

2.2 微觀電鏡掃描分析

用沒有改性的MF樹脂和用一縮二乙二醇改性的MF樹脂分別發(fā)泡制得泡沫，SEM圖如圖1、圖2。

圖1 未用一縮二乙二醇改性的泡沫SEM圖Fig.1 SEM diagram of the foam with diethylene glycol modification

分析圖1、圖2可知，泡沫的泡孔呈蜂窩狀，且存在一定程度的破裂狀況，大多是閉孔狀態(tài)，泡孔孔徑主要分布在50～100 μm區(qū)域內，尺寸分布較為均勻。

圖2 用一縮二乙二醇改性的泡沫SEM圖Fig.2 SEM diagram of diethylene glycol modified foam

蜂窩狀結構是一種熟知的堅固性極高的結構，強度很高，重量又很輕，還有益于隔音和隔熱。但是沒有用一縮二乙二醇改性的泡沫和用一縮二乙二醇改性的泡沫有一定差距，沒有改性的泡沫內壁破裂比較多，整體破孔率比較大，這是由于沒有改性的泡沫韌性較差，泡壁比較脆，在發(fā)泡過程中導致泡壁破裂。由微觀結構可知一縮二乙二醇對泡沫的改善比較明顯。

2.3 導熱性能分析

泡沫的導熱性能跟其密度有很大關系，因此測定不同密度下泡沫的導熱性能，比較未改性泡沫和改性泡沫的導熱系數(shù)如圖3。

圖3 未改性泡沫與改性泡沫導熱系數(shù)比較Fig.3 Thermal conductivity of unmodified and modified foam

依國家標準（GB8624-2006）規(guī)定，凡是平均溫度不高于350 ℃時導熱系數(shù)不大于0.12 W/(m?K)的材料稱為保溫材料，而把導熱系數(shù)在0.05 W/(m?K)以下的材料稱為高效保溫材料。而本實驗中在未改性泡沫表觀密度小于 50 g?L-1時，其導熱系數(shù)均在0.05 W/(m?K)以下，而實際應用中，密度一般都控制在 40 g?L-1左右，此時泡沫的導熱性能符合國家關于保溫材料導熱性能的要求。改性后泡沫的導熱系數(shù)變化不大，可見一縮二乙二醇的添加對泡沫的導熱系數(shù)影響很小，所以添加了一縮二乙二醇也是符合國家關于保溫材料導熱性能的要求，可以作為高效保溫材料使用。

3 結 論

（1）由正交結果可知，四個因素的影響大?。汗毯浚痉磻獣r間＞一縮二乙二醇添加量＞n(F)/n(M)；適宜一縮二乙二醇改性樹脂的合成工藝：n(F)/n(M)為2.5，反應時間為7 h，一縮二乙二醇添加量為8%，固含量為70%，反應溫度為80 ℃，pH為7～8。

（2）對泡沫微觀電鏡掃描分析可知，一縮二乙二醇改性泡沫的泡孔壁的破損率更低，進一步說明一縮二乙二醇的增韌效果。

（3）對比未改性泡沫及改性泡沫的導熱系數(shù)可知，一縮二乙二醇改性對泡沫的隔熱效果影響很小，制得的泡沫符合國家關于保溫材料導熱性能的要求，可以作為高效保溫材料使用。

［1］萬翔, 劉東立, 郎美東. 微波發(fā)泡制備三聚氰胺甲醛泡沫塑料及其性能 [J]. 功能高分子學報, 2013, 26(2)∶ 156-161.

［2］Liu J X, Zhou L, Jiang Q B, et al. Synthesis and Characterization of Melamine-Formaldehyde Resin for Foaming Use[C]//Applied Mechanics and Materials. 2014, 628∶ 24-27.

［3］Nemani? V, Zajec B, ?umer M, et al. Synthesis and characterization of melamine–formaldehyde rigid foams for vacuum thermal insulation[J]. Applied Energy, 2014, 114∶ 320-326.

［4］汪家銘. 三聚氰胺泡沫塑料生產(chǎn)工藝及技術進展[J]. 精細化工原料及中間體, 2011( 4)∶ 23-26.

［5］Hou S K, Wang J M, Yu F Q. Study on Melamine Formaldehyde Resin Foam Modification Technique[C]//Advanced Materials Research. 2014, 1033∶ 991-995.

Research on Diethylene Glycol Modified Melamine Resin Foam

ZHAO Hui, ZHANG Ming-ming, CHEN Xue-xi
(Institute of Chemical Engineering，Qingdao University of Science and Technology,Shandong Qingdao 266042，China)

The toughening effect of diethylene glycol modified melamine resin foam was studied. Through the orthogonal experiment, the proper synthesis process conditions of diethylene glycol modified resin were determined as follows: n(F)/n(M) 2.5, the reaction time 7 h, diethylene glycol addition amount 8%, the solid content 70%, the reaction temperature 80 ℃, pH 7～8.In this experiment, the heat conduction coefficient of the foam was below 0.05W/(m?K).

MF resin; foam; diethylene glycol; modification

TQ 328.2

A

1671-0460（2015）09-2110-03

2015-03-26

趙輝（1990-），男，山東聊城人，碩士，研究方向：從事三聚氰胺甲醛樹脂改性及其泡沫體的制造技術工作。E-mail：huiyezhuce@163.com。

： 陳學璽（1953-），男，教授，博士，研究方向：從事清潔化工生產(chǎn)技術研究。E-mail：qdchenxuexi@163.com。