增韌改性酚醛泡沫的結(jié)構(gòu)表征和微觀形貌淺析

摘要：針對(duì)酚醛泡沫的脆性、易粉化性、吸水性等問(wèn)題，通過(guò)物理和化學(xué)的結(jié)合方式將柔性聚乙二醇鏈和聚氨酯鏈引入剛性的酚醛樹(shù)脂苯環(huán)結(jié)構(gòu)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(xué)強(qiáng)度，添加了適量的短玻璃纖維。另外，適量有機(jī)蒙脫土的添加可能更有利于進(jìn)一步增強(qiáng)泡沫的力學(xué)強(qiáng)度和耐火性。文章通過(guò)紅外（IR）對(duì)改性泡沫的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(guān)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(duì)象，通過(guò)利用紅外光譜（FT-IR）和掃描電鏡（SEM）測(cè)試，改性的酚醛泡沫提高了內(nèi)增韌的效果和泡孔的穩(wěn)定性。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1增韌改性酚醛泡沫的成型工藝

根據(jù)酚醛發(fā)泡生成機(jī)制，將粘稠狀甲階酚醛樹(shù)脂與表面活性劑混合，然后加入發(fā)泡劑和增韌改性劑，最后再加入混合酸固化劑，通過(guò)電動(dòng)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(fā)泡劑氣化，能在適宜的粘度下形成微孔，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間交聯(lián)固化后形成泡沫。本實(shí)驗(yàn)采用的是物理發(fā)泡法制備酚醛泡沫，其中酚醛樹(shù)脂100份，發(fā)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(jiàn)圖1。

2.2增韌改性酚醛泡沫的具體制備過(guò)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(shù)脂中，常溫下用電動(dòng)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(jìn)行發(fā)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(shù)脂中，然后加入0.5-2份6mm短玻璃纖維，常溫下用電動(dòng)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(jìn)行發(fā)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(jī)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(shù)脂中，然后依次加入0.2-1.5份的有機(jī)蒙脫土和1份6mm短玻纖，常溫下用電動(dòng)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(jìn)行發(fā)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(yù)聚體的合成：按照-NCO/-OH物質(zhì)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(yīng)溫度為70℃，之后升溫至80℃繼續(xù)攪拌約3h，即制得聚氨酯預(yù)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(yù)聚體加入到100份甲階酚醛樹(shù)脂中，常溫下用電動(dòng)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(jìn)行發(fā)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(yù)聚體即可。

2.2.6聚氨酯-玻璃纖維-有機(jī)改性蒙脫土復(fù)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(yù)聚體即可。

2.3實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jī)蒙脫土混合改性酚醛泡沫（PPUGFOMT2）。

2.4實(shí)驗(yàn)設(shè)備與性能測(cè)試

紅外光譜（FT-IR）測(cè)試：采用美國(guó)Nexus公司FT-IR 670型傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR），掃描波數(shù)范圍為4000-400cm-1，透過(guò)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(cè)出其紅外吸收。其中測(cè)量聚氨酯預(yù)聚體的紅外時(shí)，需將制好的聚氨酯預(yù)聚體涂在KBr晶片上，然后測(cè)量該晶片的紅外吸收。

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

3 結(jié)果與討論

3.1改性酚醛泡沫的結(jié)構(gòu)表征

對(duì)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(huán)上的-OH伸縮振動(dòng)吸收蜂，寬且強(qiáng)，說(shuō)明樹(shù)脂含有較多的酚羥基;1612cm-1，1483cm-1處對(duì)應(yīng)苯環(huán)C=C雙鍵的振動(dòng)吸收峰：1236 cm-1處是酚羥基的Ph-O的伸縮振動(dòng)引起的;1153cm-1處的弱峰可歸于醚鍵的CH2-O-CH2的對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰;1017cm-1處的弱峰由芐羥基的PhCH2-0伸縮振動(dòng)引起。從圖3.1（b）可知：聚乙二醇改性泡沫在3329cm-1處有較強(qiáng)的吸收峰，另外，在1160cm-1處也顯示較強(qiáng)的C-0振動(dòng)峰，這表明：聚乙二醇鏈已經(jīng)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(yīng)該與酚醛樹(shù)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?nèi)酰?640cm-1處可能對(duì)應(yīng)仲酰胺的C=O伸縮振動(dòng)，這說(shuō)明活性聚氨酯與樹(shù)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(qū)域的峰可對(duì)應(yīng)仲酰胺中的N-H伸縮振動(dòng)峰，在3329cm-1處的-OH峰明顯變?nèi)?，說(shuō)明-NCO已經(jīng)與-OH生成了聚氨酯預(yù)聚體，另外其他幾處特征峰也說(shuō)明這點(diǎn)。結(jié)合圖2（c）與從圖（d）可知，活性聚氨酯預(yù)聚體中-NCO與樹(shù)脂中的大部分-OH發(fā)生反應(yīng)，使柔性的聚氨酯鏈引入樹(shù)脂而起到內(nèi)增韌的效果。

3.2改性酚醛泡沫的微觀形貌

圖3清晰說(shuō)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(xué)性能差。聚乙二醇的引入提高了泡孔的穩(wěn)定性，泡壁變厚，泡孔變小且排列致密。因?yàn)榫垡叶紩?huì)使酚醛樹(shù)脂粘度降低，氣泡迅速增長(zhǎng)、合并，所以氣泡細(xì)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(guī)整性更好，因?yàn)榫郯滨サ囊胧沟脷怏w成核速度和體系粘度相匹配，固化形成致密的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使氣泡不至于過(guò)快逃逸，能得到更為完美的泡孔結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）IR表征說(shuō)明，聚乙二醇中的-0H與樹(shù)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(shù)脂中大部分羥甲基發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，生成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得酚醛樹(shù)脂中引入柔性聚氨酯鏈而起到內(nèi)增韌的效果。

（2）通過(guò)SEM照片可見(jiàn)，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(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(guī)整性更好。

作者簡(jiǎn)介：

李蔚，研究生學(xué)歷，防火工程師，研究方向：防火監(jiān)督檢查。

參考文獻(xiàn)：

[1] 殷錦捷，戴英華，趙志超等.復(fù)合增韌酚醛泡沫塑料及其熱穩(wěn)定性能的研究[J].應(yīng)用化工，2010，39（11）：1693-1695.

[2] 梁明莉，金關(guān)泰，祝軍等.聚氨酯改性酚醛泡沫塑料[J].北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，29（1）：47-50.

[3] 何洪清.酚醛泡沫塑料的生產(chǎn)及應(yīng)用[J].新型建筑材料，1999，?（9）：36-38.

[4] 囤宏志.戊二醛增韌酚醛泡沫塑料研究[D].北京化工大學(xué).