催化剂用量对热固性酚醛树脂热性能的影响

以氨水作为催化剂，制备了热固性PF(酚醛树脂)，探讨了氨水用量对PF预聚体的固化过程和固化产物热稳定性的影响。研究结果表明：采用氨水催化合成的PF预聚体在85℃左右、200℃左右、低于200℃和400~600℃时，分别为其溶剂脱除、固化(达到相对最大固化速率)、小分子脱除(预聚体固化过程中)和降解等阶段。

刘渊、罗军、孔德权贵阳学院材料磨损与腐蚀防护贵州省教育厅特色重点工程中心

冯晓琴，贵州理工学院化学工程学院

0·前言

酚醛树脂(PF)具有原料易得、价格低廉、生产工艺简单和力学性能优异等特点，因而已广泛应用于各工业领域[1-7]。然而，固化后的PF存在酚羟基易氧化和连接芳核间的亚甲基链较短等缺陷，致使PF的诸多性能受到影响(如热分解温度低、分解残留物性能不稳定等)。在汽车、电子、航空航天及国防工业等高新技术领域，研究者[8-12]为改善PF的耐热性，对其进行了大量改性研究，并开发出一系列高性能的PF。然而，PF合成用催化剂对其热性能影响的系统性研究鲜有报道;此外，合成热固性PF使用的催化剂主要集中在氢氧化钡和氢氧化钠(NaOH)[13-15]，而对其他碱性催化剂的研究也相对较少。因此，本研究使用氨水催化制备PF，并探讨了氨水用量对PF热性能的影响。

1·结果与讨论

1.1催化剂用量对PF预聚体固化过程的影响

不同用量氨水催化合成PF预聚体的DSC曲线如图1所示。

由图1可知：不同用量氨水催化的PF预聚体都存在一个吸热峰和放热峰，分别为溶剂乙醇挥发(85℃左右)、PF固化(达到相对最大固化速率温度为200℃左右)所致;160℃左右出现轻微的吸热峰，这是PF固化过程中小分子水、游离酚和游离醛脱除所致。

1.2催化剂用量对PF热稳定性的影响

不同用量氨水催化合成PF预聚体的TGA曲线如图2所示。

由图2可知：所有的PF都存在两个热失重阶段;第1阶段(<200℃)的热失重为PF发生缩聚反应和固化脱除小分子水[具体反应方程式如式(1)所示]、部分游离酚和游离醛所致;第2阶段(400~600℃)的热失重，是PF降解所致。

在相同的制备工艺条件下催化剂用量会直接影响所得PF的热稳定性能：当m(氨水)=21g时，制备的PF热稳定性最差，其600℃失重率约为50%;当m(氨水)=31g时，制备的PF热稳定性相对最好，其400~600℃失重率为10%左右;当m(氨水)>31g时，制备的PF热稳定性开始下降(400℃失重率约为15%)。PF的热稳定性能与氨水用量不呈线性关系，而是存在一个相对最佳值。

2·结语

(1)经氨水催化后，合成的PF在200℃左右固化且达到相对最大固化速率。

(2)氨水催化合成的PF存在2个热失重阶段：第1阶段失重为小分子的进一步脱除所致，第2阶段失重为PF的降解所致。

(3)氨水用量与PF的热稳定性之间不呈线性关系，而是存在一个相对最佳值;当m(氨水)=31g时，PF的热稳定性相对最好。

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