毛竹苯酚液化物/多聚甲醛树脂的合成及其泡沫体的制备研究

论文摘要

本文以竹材液化物为原料,以氢氧化钠为催化剂,制备成热固性液化竹基酚醛树脂。在现有的发泡技术的基础上,开发出了一种新型发泡材料,该材料具有可降解性、对环境污染小和生产成本低等优点。随着生物质液化技术的成熟发展,利用竹材液化物生产节能保温泡沫材料,具有重要的现实意义。本研究通过对竹材苯酚液化物/多聚甲醛树脂（PBF）的合成,对其性能进行了研究,主要结果如下:①通过傅立叶红外光谱分析,表明甲醛嫁接到了芳环上,成功制备出了液化竹基酚醛树脂;采用凝胶色谱GPC分析表明PBF树脂的重均分子量Mw和分散度Mw/Mn都高于常规PF树脂②考察了时间、温度、多聚甲醛与苯酚的摩尔比、氢氧化钠与苯酚摩尔比等因素对液化竹基酚醛树脂（PBF）黏度及其固含量的影响。结果表明,该实验的最佳反应条件为n（F）/n（P）=1.2,树脂化时间为2h,树脂化温度为70℃,n（NaOH）/n（P）=0.6。在此条件下可制备出固含量为81%、黏度为5.2Pa.s的可发泡性PBF树脂。③竹粉对液化竹基酚醛树脂固化反应起到了加速固化的作用,同时建立了PBF/BP复合体系固化反应动力学模为:dα/dt=1.99×105e-57273/RT（1-α）1.0079,此模型的建立对研究该类体系的固化具有一定的理论意义。④竹粉使得液化竹基酚醛树脂复合体系固化温度的范围拓宽了近一倍,对PBF/BP体系的固化反应具有一定的延缓作用。这点对于控制后序的发泡工艺过程是非常有利的,它便于泡沫塑料的成型加工。⑤随着pH值的增加,PBF树脂固化反应的表观活化能逐渐减小,表明PBF共缩聚树脂的固化在碱性条件易于进行。树脂固化表观活化能Ea最小值出现在pH为11左右。⑥间苯二酚对PBF树脂具有加速固化的作用。⑥PBF粘度对泡沫体性能影响较大;采用对甲苯磺酸与磷酸的复合酸可以很好的作为PBF树脂常固化剂,复合酸固化过程的表观活化能Ea为1.226 kJ·mol-1;通过对PBF发泡体在不同稳定化温度条件下的热分解性能的研究发现,当稳定化温度从100℃升高到140℃,泡沫体的失重率从45.31%降低到29.09%;当稳定化温度为140℃时,其热稳定性最好。PBF泡沫体热分解活化能PBF140（31.03kJ/mol）>PBF130（29.29kJ/mol）>PBF120（25.02 KJ/mol）>PBF110（23.83 KJ/mol） >PBF100（22.82 KJ/mol）。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的背景、目的与意义
• 1.2 生物质苯酚液化及其产物特性
• 1.3 生物质基酚醛树脂材料的研究状况
• 1.3.1 生物质基酚醛树脂胶粘剂
• 1.3.2 生物质基酚醛模塑材料
• 1.3.3 生物质基酚醛泡沫材料
• 1.3.4 生物质酚醛树脂碳纤维
• 1.4 课题研究的主要内容
• 1.4.1 可发泡性苯酚竹材液化物/多聚甲醛树脂的合成研究
• 1.4.2 PBF/BP 复合体系固化动力学研究
• 1.4.3 间苯二酚共聚液化竹基酚醛树脂固化动力学研究
• 1.4.4 PBF 发泡工艺研究
• 2 可发泡性苯酚竹材液化物/多聚甲醛树脂的合成研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 可发泡性竹材液化酚醛树脂的合成
• 2.2.4 树脂粘度及固含量测定方法
• 2.2.5 树脂分子量测定
• 2.2.5.1 凝胶渗透色谱仪组成
• 2.2.5.2 实验方法
• 2.2.5.3 分子量的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 液化竹基酚醛树脂的理化性能研究
• 2.3.2 反应时间的影响
• 2.3.3 反应温度的影响
• 2.3.4 多聚甲醛用量的影响
• 2.3.5 催化剂用量的影响
• 2.4 PBF 树脂和PF 树脂特性分析
• 2.5 竹材液化物树脂化制备过程中FTIR 分析
• 2.6 小结
• 3 液化竹基酚醛树脂/竹粉复合体系固化动力学研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料及仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 液化竹基酚醛树脂/竹粉复合体系的制备
• 3.3.2 差热分析DTA 和差热扫描量热法DSC 测试
• 3.3.3 不同pH 值的PBF 共缩聚树脂的制备
• 3.3.4 PBF 共缩聚树脂固化前后红外图谱分析
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 PBF 共缩聚树脂固化前后红外图谱分析
• 3.4.2 DTA 曲线与固化模型
• 3.4.3 动态DTA 固化行为的动力学分析
• 3.4.3.1 固化反应表观活化能计算
• 3.4.4 竹粉对PBF 固化过程影响的原因分析
• 3.4.4.1 竹粉对PBF 固化度及固化反应速率的影响
• 3.4.4.2 竹粉对PBF 玻璃化转化温度的影响
• 3.4.4.3 竹粉的含量对PBF 黏度及活化能的影响
• 3.4.5 pH 值对PBF 树脂固化表观活化能的影响
• 3.4.6 反应级数的计算
• 3.4.7 频率因子的确定及固化反应动力学模型的建立
• 3.4.8 液化竹基酚醛树脂/竹粉复合体系固化温度的确定
• 3.5 小结
• 4 间苯二酚共聚液化竹基酚醛树脂固化动力学研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料、试剂和仪器
• 4.2.2 液化竹基酚醛树脂的制备
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.3.1 样品配置
• 4.2.3.2 差热分析DTA 测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 DTA 曲线与固化模型
• 4.3.2 液化竹基酚醛树脂动态DTA 固化行为的动力学分析
• 4.3.2.1 不同含量间苯二酚的液化竹基酚醛树脂的表观活化能计算
• 4.3.3 反应级数的确定
• 4.3.4 频率因子的确定及固化反应动力学模型的建立
• 4.3.5 固化温度的推导
• 4.4 结论
• 5 PBF 树脂发泡工艺研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料及仪器
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 PBF 树脂配方设计及参数
• 5.3.2 泡沫体密度测试
• 5.4 结果与分析
• 5.4.1 粘度对泡沫体性能的影响
• 5.4.2 发泡剂对泡沫质量的影响
• 5.4.3 表面活性剂对泡沫质量的影响
• 5.4.4 竹粉对泡沫质量的影响
• 5.4.5 固化剂对泡沫质量的影响
• 5.4.5.1 不同酸固化剂对PBF 树脂固化效果的影响
• 5.4.5.2 对复合酸固化PBF 进行动力学研究
• 5.5 液化竹基酚醛树脂发泡材料与常规树脂发泡材料的性能比较
• 5.6 不同稳定化温度条件下PBF 泡沫塑料的热稳定性及热分解活化能研究
• 5.7 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.1.1 可发泡性苯酚竹材液化物/多聚甲醛树脂的合成研究
• 6.1.2 液化竹基酚醛树脂/竹粉复合体系固化动力学研究
• 6.1.3 间苯二酚共聚液化竹基酚醛树脂固化动力学研究
• 6.1.4 PBF 树脂发泡工艺研究
• 6.2 展望
• 参考文献
• 个人简介
• 攻读硕士学位期间发表／投稿的论文
• 致谢