馬玉峰 (1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院，北京 100091;2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所，江蘇 南京 210042)

針對(duì)可發(fā)性酚醛樹(shù)脂及酚醛泡沫存在的問(wèn)題，本文作者采用新型不脫水工藝，直接合成了固含量在70%～85%的可發(fā)性高固含甲階酚醛樹(shù)脂。分析了甲醛/苯酚(F/P)物質(zhì)的量之比和催化劑種類對(duì)樹(shù)脂性能的影響;討論了酚醛泡沫制備工藝，建立了酚醛泡沫表觀密度-力學(xué)性能模型;采用木質(zhì)纖維表面處理方法制備纖維復(fù)合酚醛泡沫;采用無(wú)鹵阻燃系統(tǒng)制備阻燃改性的酚醛泡沫;采用酸化處理方法制備無(wú)機(jī)復(fù)合酚醛泡沫。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:

1.高固含甲階酚醛樹(shù)脂的制備及性能研究 采用NaOH為催化劑，研究了F/P物質(zhì)的量之比對(duì)高固含甲階酚醛樹(shù)脂性能的影響。研究表明，當(dāng)F/P物質(zhì)的量之比2.0時(shí)，樹(shù)脂的性能較優(yōu)。黏度為2 567 mPa·s，固體含量為79.25%，凝膠時(shí)間為725 s，游離苯酚含量為3.01%，游離甲醛含量為0.86%，羥甲基濃度為36.56%。樹(shù)脂在600℃殘?zhí)苛侩S著F/P物質(zhì)的量之比的增加而逐漸降低。固化動(dòng)力學(xué)分析表明，低F/P物質(zhì)的量之比的高固含甲階酚醛樹(shù)脂擁有較高的Ea值。并且5種樹(shù)脂的固化反應(yīng)級(jí)數(shù)都為非整數(shù)。

2.催化劑對(duì)酚醛樹(shù)脂及泡沫性能的影響 采用氫氧化鋇(Ba(OH)2)、三乙胺［(C2H5)3N］和氫氧化鈉(NaOH)為催化劑，研究催化劑對(duì)樹(shù)脂性能的影響。研究表明，3種催化劑的催化效率依次為:NaOH＞(C2H5)3N＞Ba(OH)2。以NaOH為催化劑制備的酚醛樹(shù)脂和泡沫的性能較優(yōu)。以其為催化劑制備的酚醛樹(shù)脂的黏度為8 625 mPa·s，固體含量為79.88%，游離苯酚和甲醛分別為3.36%、0.5%，凝膠時(shí)間為397 s，殘?zhí)苛?900℃)為59.31%;泡沫的壓縮及彎曲強(qiáng)度分別為0.24 MPa、0.39 MPa，掉渣率為11.1%，極限氧指數(shù)為44.5%，初始分解溫度為107℃，泡孔直徑維持在100～200 μm的范圍內(nèi)。

3.酚醛泡沫的制備工藝及其密度-力學(xué)性能模型研究 采用聚山梨酯-80為表面活性劑、石油醚為發(fā)泡劑、混合酸為固化劑制備酚醛泡沫，研究表面活性劑、發(fā)泡劑和固化劑的添加量對(duì)酚醛泡沫性能的影響。研究表明，適宜的表面活性劑、發(fā)泡劑添加量分別為樹(shù)脂質(zhì)量的10%和5%，適宜的固化劑為以鹽酸/磷酸/對(duì)甲苯磺酸/水復(fù)配的酸固化劑，且適宜的添加量為樹(shù)脂質(zhì)量的15%。建立的酚醛泡沫密度-力學(xué)性能模型指數(shù)值基本接近于簡(jiǎn)化的Gibson-Ashby公式中的指數(shù)。

4.酚醛泡沫發(fā)泡模型分析 采用聚山梨酯-80為表面活性劑、石油醚為發(fā)泡劑、混合酸為固化劑制備酚醛泡沫。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的不同表面活性劑添加量、發(fā)泡劑、固化劑及發(fā)泡溫度與發(fā)泡速度和泡沫平均泡孔直徑的關(guān)系模型，對(duì)于酚醛泡沫制備工藝條件的優(yōu)化具有一定的指導(dǎo)意義。

5.無(wú)鹵阻燃劑協(xié)同阻燃酚醛泡沫復(fù)合材料性能研究 采用多聚磷酸銨(APP)為阻燃劑，季戊四醇(PER)為成炭劑，氧化鋅(ZnO)、三氧化鉬(MoO3)、氯化亞銅(CuCl2)、氯化亞錫(SnCl2)為協(xié)效劑，分別組成4種阻燃系統(tǒng)，研究協(xié)同阻燃系統(tǒng)對(duì)復(fù)合泡沫的阻燃性能的影響。研究表明，4種阻燃系統(tǒng)均能顯著提高復(fù)合酚醛泡沫的氧指數(shù)，復(fù)合酚醛泡沫的極限氧指數(shù)基本都維持在73%左右，而阻燃系統(tǒng)對(duì)復(fù)合泡沫的熱穩(wěn)定性影響不是很顯著。4種阻燃體系復(fù)合酚醛泡沫的熱釋放速率、平均熱釋放、總熱釋放、有效燃燒熱、耗氧量、總氧消耗、一氧化碳產(chǎn)量和一氧化碳產(chǎn)率顯著降低，但是比消光面積和總煙產(chǎn)率卻顯著提高。阻燃系統(tǒng)在泡沫中的阻燃機(jī)理是屬于氣相阻燃機(jī)理。在所有阻燃系統(tǒng)中，APP/PER/ZnO是一種比較適合作為酚醛泡沫阻燃改性的阻燃系統(tǒng)。

6.纖維表面改性及其復(fù)合酚醛泡沫性能研究 采用堿、偶聯(lián)劑和堿與偶聯(lián)劑復(fù)合處理的方法對(duì)木質(zhì)纖維進(jìn)行表面改性，制備纖維復(fù)合酚醛泡沫，研究纖維改性對(duì)酚醛泡沫性能的影響。研究表明，處理后的纖維復(fù)合泡沫的強(qiáng)度都較未處理纖維復(fù)合泡沫有不同程度的提高，尤其以氫氧化鈉與硅烷偶聯(lián)劑A-171復(fù)合處理方法和硅烷偶聯(lián)劑KH-792處理方法處理后的纖維復(fù)合泡沫的各項(xiàng)性能較優(yōu)。處理后的纖維復(fù)合泡沫的極限氧指數(shù)較未處理纖維復(fù)合泡沫都有不同程度的降低。

7.無(wú)機(jī)復(fù)合酚醛泡沫制備及性能研究初探 采用15%磷酸對(duì)粉煤灰和膨潤(rùn)土進(jìn)行酸化處理，制備無(wú)機(jī)復(fù)合酚醛泡沫，研究無(wú)機(jī)材料酸化處理及其添加量對(duì)復(fù)合酚醛泡沫性能的影響。研究表明，酸化處理后的無(wú)機(jī)材料復(fù)合泡沫的強(qiáng)度都較未酸化處理的無(wú)機(jī)材料復(fù)合泡沫有不同程度的提高，經(jīng)過(guò)酸化處理的無(wú)機(jī)復(fù)合泡沫的泡孔較小，泡孔分布較為均勻，尤其酸化處理的粉煤灰復(fù)合泡沫的各項(xiàng)性能較優(yōu)。但無(wú)機(jī)復(fù)合泡沫的極限氧指數(shù)較酚醛泡沫都有不同程度的降低。

高固含甲階酚醛樹(shù)脂;泡沫材料;纖維改性;無(wú)鹵阻燃;發(fā)泡模型