【摘要】：酚醛泡沫最初應用于航空、航天、隔熱艙板等領域。隨著生產(chǎn)工藝的成熟、泡沫性能的日益提高以及人們對阻燃材料的日益青睞,酚醛泡沫材料的應用領域逐漸擴大。近年來,我國建筑技術發(fā)展迅速,到2020年全國建筑面積將達到600億平方米,酚醛泡沫輕質(zhì)、保溫、阻燃等優(yōu)點正滿足建筑市場的需求。但是酚醛泡沫自身存在的缺點如力學性能差、酸性固化劑使用量大及原料苯酚、甲醛毒性大等在一定程度上限制了泡沫材料的應用。為解決這些問題,本論文通過引入柔性聚氨酯預聚體來改善酚醛泡沫的力學性能,并研究了增韌機理;制備了間苯二酚改性的酚醛樹脂及泡沫材料,在降低酸性固化劑和固化溫度的同時,提高了泡沫材料力學性能;對可再生木質(zhì)素進行了酚化改性,制備了力學性能優(yōu)良的木質(zhì)素-苯酚-間苯二酚-甲醛泡沫材料;在聚乙二醇體系中合成了聚乙二醇-苯酚-甲醛(PEG-PF)樹脂,以異氰酸酯為固化劑制備PEG-PF樹脂材料和泡沫材料,為開發(fā)力學性能和阻燃性能優(yōu)良的聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料提供了實驗基礎和理論支持。論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1.聚氨酯預聚體增韌酚醛樹脂的制備及增韌機理研究以聚丙二醇和二苯基甲烷二異氰酸酯為原料合成了異氰酸酯基團封端的聚氨酯預聚體PUP,研究了PUP添加量對酚醛樹脂流變性能、固化動力學以及對固化酚醛樹脂動態(tài)熱機械性能、力學性能、熱穩(wěn)定性能的影響,探討了PUP增韌酚醛樹脂的機理。研究結(jié)果表明,PUP是通過與酚醛樹脂的羥基發(fā)生加成反應被引入到酚醛樹脂結(jié)構(gòu)中,達到增韌酚醛樹脂的目的。隨PUP添加量的增加,改性酚醛樹脂體系的表觀活化能逐漸增大,樹脂固化變慢。PUP改性的酚醛樹脂儲能模量增加,損耗因子增大且損耗峰的峰高增加。當PUP添加5%時,酚醛樹脂的力學性能較好,沖擊強度和彎曲強度分別為6.92 kJ/m2和72.88 MPa,比未改性酚醛樹脂強度提高了67.1%和39.1%。2.聚氨酯預聚體改性酚醛泡沫的性能研究以聚丙二醇、二苯基甲烷二異氰酸酯和擴鏈劑乙二醇為原料,分別合成了不同異氰酸酯基團含量的聚氨酯預聚體PUP和乙二醇擴鏈的聚氨酯預聚體PUPC,研究了PUP添加量和異氰酸酯基團含量及PUPC添加量對酚醛泡沫力學強度、阻燃和熱穩(wěn)定等性能的影響。研究結(jié)果表明,適量柔性聚氨酯預聚體的引入,能提高酚醛泡沫材料的力學性能。聚氨酯預聚體PUP-3添加量為5%時,改性酚醛泡沫材料綜合性能較優(yōu),相對壓縮強度和相對彎曲強度分別為5.96和3.48 kPa·m3·kg-1,導熱系數(shù)為0.054 W·m-1·K-1,氧指數(shù)LOI為35.3%。PUPC添加量為8%,PUPC-3對酚醛泡沫的改性效果較好,相對壓縮強度和相對彎曲強度分別為3.08和5.97 kPa·m3·kg-1,LOI為35.9%。從相對強度來看,PUPC-3增韌酚醛泡沫的效果比PUP-3增韌效果略差,主要是因為經(jīng)過乙二醇擴鏈的預聚體黏度增大,不利于和樹脂均勻混合及發(fā)泡。同時,異氰酸酯基團含量降低,預聚體與酚醛樹脂交聯(lián)點減少,致使PUPC-3改性泡沫材料相對壓縮強度略低于PF-PUP-3泡沫材料的相對強度。3.間苯二酚改性可發(fā)性酚醛樹脂與泡沫的制備及性能研究以間苯二酚、苯酚和甲醛為原料制備了不同間苯二酚/苯酚摩爾比(R/P)、甲醛/(苯酚+間苯二酚)摩爾比(F/(P+R))的高固體含量苯酚-間苯二酚-甲醛樹脂(PRFRs),并制備了苯酚封端的蓖麻油基聚氨酯預聚體(CPUP),研究了R/P和F/(P+R)對PRFRs物化性能、化學結(jié)構(gòu)、流變和熱穩(wěn)定等性能以及對苯酚-間苯二酚-甲醛泡沫(PRFFs)力學性能、微觀結(jié)構(gòu)和阻燃性能的影響。同時,研究了CPUP添加量對酚醛泡沫的力學性能、熱穩(wěn)定性能、阻燃性能和微觀形態(tài)的影響。研究結(jié)果表明,當R/P為0.09/0.91,F/(P+R)為2.0/1.0時,PRFR-2樹脂游離醛含量較低(0.14%),羥甲基含量為34.5%,凝膠時間為144 s。PRFR-2出現(xiàn)凝膠點時的溫度為126℃,低于未改性酚醛樹脂的凝膠點溫度(134℃)。由PRFR-2樹脂制備的泡沫材料綜合性能較優(yōu),壓縮強度和彎曲強度分別為180.8和252.3 kPa,LOI為38.4%,說明適量間苯二酚的引入提高了酚醛樹脂的反應活性及泡沫的力學性能。CPUP改性PRFFs泡沫的最佳添加量為5%,改性泡沫的壓縮強度為186.2 kPa,彎曲強度為329.7 kPa,泡沫的掉渣率為17.2%。4.木質(zhì)素-苯酚-間苯二酚-甲醛樹脂與泡沫材料的制備及性能研究堿性條件下酚化改性木質(zhì)素BR,用改性的BR替代部分苯酚,制備木質(zhì)素-苯酚-間苯二酚-甲醛樹脂(LPRFRs)及木質(zhì)素-苯酚-間苯二酚-甲醛泡沫材料(LPRFFs)。研究了酚化時間對BR酚羥基含量的影響以及酚化時間和酚化BR替代苯酚質(zhì)量對LPRFRs物化性能和LPRFFs力學性能、熱穩(wěn)定性能以及微觀結(jié)構(gòu)的影響。研究結(jié)果表明,酚化的BR酚羥基含量有所提高,BR酚化3.0 h時,木質(zhì)素的酚羥基含量為3.36%,比未酚化改性的高15.5%,相對分子質(zhì)量及相對分子質(zhì)量分布較低,Mn為1 730,Mw為2 580,Mw/Mn為1.49。BR替代苯酚20%制備的樹脂LPRFRs含有較低的游離甲醛和游離苯酚,分別為0.29%和2.08%,黏度適中(5 800 mPa·s)。BR替代苯酚量為30%時,LPRFFs的力學性能較好,壓縮強度和彎曲強度分別為181.6和261.6 kPa,比未添加木質(zhì)素的酚醛泡沫強度提高了41.8%和24.3%。5.非酸固化體系下PEG-PF材料的制備與表征以聚乙二醇、苯酚和多聚甲醛為原料合成了聚乙二醇、苯酚和甲醛質(zhì)量比(PEG/P/F)不同的聚乙二醇-苯酚-甲醛(PEG-PF)樹脂,并以PEG-PF樹脂和異氰酸酯為原料制備了PEG-PF樹脂材料和泡沫材料,研究了PEG/P/F對PEG-PF樹脂材料的力學性能、熱穩(wěn)定性能、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和微觀結(jié)構(gòu)以及對PEG-PF泡沫材料力學性能和阻燃性能的影響,并初步探索了PEG-PF樹脂在非酸固化體系下的反應機理。研究結(jié)果表明,當PEG/P/F為60/25.42/14.58時,PEG-PF樹脂材料的拉伸強度為28.08 MPa,比聚乙二醇樹脂材料(FM-1)的強度提高了128%。隨著苯酚和甲醛質(zhì)量分數(shù)的增大,PEG-PF樹脂材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高直至消失,損耗因子峰值對應的溫度升高,且損耗峰變寬。當PEG/P/F為50/31.77/18.23時,PEG-PF泡沫材料的壓縮強度和LOI分別為0.259 MPa和25.9%。非酸性固化體系下可以制備性能較優(yōu)的PEG-PF樹脂材料和泡沫材料。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國林業(yè)科學研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ328

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本文編號：2278502