可控纳米级微孔结构的酚醛树脂泡沫的制备与性能研究外文翻译资料

英语原文共 6 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

可控纳米级微孔结构的酚醛树脂泡沫的制备与性能研究

摘要：

利用新型的发泡方法，即对酚醛清漆树脂溶液施加压力，制备具有高强度的纳米级微孔结构的酚醛树脂泡沫。研究了发泡树脂的微孔结构以及压力和树脂溶液浓度对微孔结构的影响。结果表明，平均微孔尺寸随着树脂溶液浓度从0.08至0.36 g/mL增大，出现800至30nm的递减变化。除此之外，压力对微孔结构影响很大，在最佳压力范围内（2.0~4.0 MPa），泡沫的微孔尺寸很小，处于纳米级，并且分散性很好。这种纳米孔的结构明显改善了酚醛树脂的抗压强度和绝热性能。

采用新的施压酚醛树脂溶液的方法进行发泡，制备出高性能的纳米酚醛泡沫。对这种泡沫的孔结构以及施加压力和树脂浓度的影响也进行了相关的研究。结果表明，树脂浓度从0.08g/mL增加至0.36g/mL时，平均孔径从800nm降至30nm。其中，所施加的压力对孔结构影响较大，在优选的2.0~4.0MPa压力下，纳米级孔孔径小，且孔径分布窄。这种纳米孔结构明显提高了酚醛泡沫的抗压强度和隔热性能。

关键字：酚醛树脂；泡沫；微结构；强度；纳米孔

前言

近年来，聚合物泡沫被广泛的研究与使用，并且呈现快速递增式的成长。酚醛树脂泡沫就是一类非常重要的聚合物泡沫，于1937年在美国首次被制备出来。优良的微孔结构以及化学结构使得酚醛树脂泡沫具有优良的特性，如低可燃性、良好的绝热与耐溶剂性能、良好的尺寸稳定性与高强度、低导热性以及低毒性^[1,2]。因此，酚醛树脂泡沫很受喜爱，广泛应用于居民建筑、民用以及军用飞行器、海军以及电子设备的诸多应用中。

酚醛树脂泡沫的制备工艺能够影响其微孔结构。传统工艺上，酚醛树脂泡沫通过将发泡剂、表面活性剂、硫化促进剂以及其他添加剂与酚醛树脂溶液进行调和，然后发泡的方式制备。对于常见的酚醛树脂泡沫，氯氟碳化物和其他卤化碳氢化合物及其衍生物被作为发泡剂^[3-5]。然而近年来，考虑到对环境的危害，这些发泡剂被限制使用。近年来，一些研究致力于利用戊烷和其他碳氢化合物作为发泡剂^[6,7]。然而，上述提到的制备方法通常会导致酚醛树脂泡沫中出现毫米级的大尺寸微孔以及微孔分布不均匀的情况，并因此导致泡沫机械强度和绝热性能较差。近期，研究人员开发了一种新型的发泡技术（比如嵌段共聚物^[8]、二氧化碳^[9]、聚合物纳米复合材料^[10]发泡方法）制备具有纳米微孔结构的聚合物泡沫，而这样的聚合物泡沫具有新型的电学、力学以及热力学性能。

在本文的研究工作中，我们开发了一种新型的发泡方法，利用苯酚-甲醛清漆作为原材料，对溶液施加压力，制备具有纳米微孔结构的酚醛树脂泡沫。在此过程中，无水乙醇作为酚醛树脂的溶剂以及发泡阶段的唯一发泡剂，未使用其它发泡剂、表面活性剂或催化剂。制备出来的泡沫具有可控的纳米微孔结构以及良好的绝热效果和抗压强度。

实验部分

原料

本文所用的酚醛树脂（PF）由苯酚和甲醛聚合而成（摩尔比1: 0.8），使用草酸作为催化剂，然后过滤、纯化得到最终产物。表格1中列出了产物的软化点、残余苯酚含量以及元素分析等数据。树脂的软化点、残余苯酚含量数据分别依照ISO 3146-1985和ISO 8974-2002标准进行测量，元素分析数据通过Vario EL原子分析仪测试得到。六甲基四胺（天达化工厂，中国）和无水乙醇（天达化工厂，中国）分别被选用为固化剂和溶剂。

表1 酚醛树脂产物的基本特性

酚醛树脂泡沫的制备：

将含有比重为9 %六甲基乙胺的PF原料溶解于无水乙醇中，制备成溶度为0.08，0.10，0.18，0.30以及0.36 g/mL的五种溶液。将这些溶液放置于高压釜中加热至443K并且发泡，加热速率为0.2K/min，在3.0 MPa的压力下放置10 h后，在443K的温度下泄压，泄压速率为0.3 MPa/h。泄压之后，将样品加热至573 K后保持4 h。以上五种溶液所制备的酚醛树脂泡沫分别被编号为F08-3.0，F10-3.0，F18-3.0，F30-3.0和F36-3.0。研究压力对泡沫微孔结构的影响时，选择浓度为0.18 g/mL的溶液分别在1.5，2.0，2.5，3.0，4.0和5.0 MPa的压力下发泡，此五种溶液下制备的酚醛树脂泡沫分别命名为F18-1.5，F18-2.0，F18-2.5，F18-3.0，F18-4.0以及F18-5.0。在实验过程中，利用温度控制仪器（SKW-400，能够控制plusmn;0.1 K的温度精度并且最高温度为1573 K）对温度进行控制。高压釜在N₂氛围下加压以及设置压力，并通过一个压力管理器（YT-4）进行压力控制。制备样品的尺寸为100 mm times; 100 mm times; 30 mm。

表征：

将所得到的样品在JSM-6700场发射扫描电子显微镜（SEM）下进行表征，得到其显微镜下的形态。利用水银孔率计Micrometritics Autopore IV 9500测试样品的微孔尺寸以及分布。应用于样品的水银填充压力变化范围从0.70times;10^-3至207 MPa。平衡稳定时间为30 s。测得平均微孔尺寸的范围在360~0.005 mu;m之间。Autopore IV 9500仪器的汞压入准确度为plusmn;1%的全尺度孔容积。采用ASTM D1621-2000的标准，通过Universal Testing Machine (INSTRON 8531)仪器测试压缩实验，加载速率为1 mm/min，压缩强度按照标准中“10 %形变”的方法进行计算。利用热常数分析仪HOT DISK 2500S，在293 K的温度下测试样品的热传导性能。

结果和讨论

酚醛树脂泡沫的微观形态

图1展示了代表样品（F18-3.0, 0.27g/cm³）的扫描电子显微镜照片。从图1中可以看到，该样品有一个胶状的含纳米微孔的三维框架结构，其中树脂的纳米微粒形状规则，尺寸在100 nm左右。在树脂纳米微粒之间分布大量尺寸在150~250 nm的纳米微孔。该酚醛树脂泡沫良好的微孔结构与传统方法制备的泡沫的微孔结构形成鲜明的对比^[7,11,12]。对比结果显示，通过本文方法制备出的酚醛树脂泡沫在微孔尺寸以及形态分布上都有了很大的改善，原因有两个，一是细小的树脂颗粒溶解在无水乙醇中，二是在发泡阶段利用高压釜给样品提供压力。

图1 酚醛树脂泡沫的扫描电子显微镜照片（F18-3.0, 0.27 g/cm³）：a, times;15,000; b, times;30,000.

树脂溶液浓度对微孔结构的影响

在制备泡沫过程中，树脂溶液浓度对微孔结构有很大的影响。图2展示了不同树脂溶液浓度的样品在3.0 MPa压力下制备的泡沫的扫描电子显微镜图片。结果显示随着树脂溶液浓度的升高，微孔尺寸降低，并且微孔结构变得更加均匀。图3显示在3.0 MPa的压力下制备的不同树脂溶液浓度的泡沫样品的微孔尺寸的分布情况。树脂溶液的浓度对泡沫体积密度以及平均微孔尺寸的影响如表2所示。从图2,3和表2中可以发现，改变树脂溶液的浓度进行发泡能够有效的控制泡沫微孔结构。随着树脂溶液浓度的增大，泡沫的体积密度也会增大，同时平均微孔尺寸会减小。数据表明，随着树脂溶液浓度从0.08 g/mL增加至0.36 g/mL，泡沫体积密度会从0.12 g/cm³增大至0.50 g/cm³，而泡沫微孔尺寸从800 nm减小为30 nm。此外，在高的树脂溶液浓度下制备的泡沫的微孔尺寸分布比低浓度更均匀。

树脂溶液浓度是树脂聚集成核以及泡沫增长的关键因素，这也是其控制泡沫微孔结构的原因。根据分子簇模型^[13]以及高分子溶液异相成核模型的理论^[14]，成核与泡沫增长取决于环境压力、温度和树脂溶液浓度。体系中溶剂的总量随着树脂溶液浓度的增加而降低，从而导致在常温以及周围压力下分散在溶剂中的气体溶解量和气泡密度下降。另一方面，气泡增长的速率取决于气体扩散率，而气体扩散率取决于溶液的流变学特性。随着溶液浓度升高，溶液的粘度增大、流变性能降低，导致溶液的粘弹性应力增大，阻碍了气泡的增大^[14]。高的溶液粘度和低的流变学特性抑制了气体在溶液中的分散，同时抑制了小的气泡合并形成大的气泡。因此，由于树脂溶液的高粘度，成型的气泡处于很大的压力下，最终定型为较小尺寸的气泡^[15,16]。

图2 在3.0 MPa的压力下制备的不同树脂溶液浓度的泡沫样品的微孔电镜图：a, 0.08 g/mL; b, 0.18 g/mL; c, 0.36 g/mL.

图3在3.0 MPa的压力下制备的不同树脂溶液浓度的泡沫样品的微孔尺寸的分布情况

表2 在3.0 MPa的压力下树脂溶液的浓度对泡沫体积密度以及平均微孔尺寸的影响

压力对微孔结构的影响

图4显示0.18 g/mL浓度的树脂溶液在不同压力下的扫描电镜显微镜图。从图4中可以看出，压力对泡沫微孔结构有很明显的影响。随着压力的增大，微孔尺寸减小，微孔结构的形貌更加良好。图5展示出0.18 g/mL浓度的树脂溶液在不同压力下制备的泡沫微孔尺寸的分布情况。表3展示出压力对制备的酚醛树脂泡沫体积密度以及平均微孔尺寸的影响。随着压力从1.5 MPa增大到5.0 MPa，泡沫的平均微孔尺寸从2.0 mu;m降低至145 nm，体积密度从0.15 全文共7400字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[143136]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

您可能感兴趣的文章

• 可重写光存储器存储的光反应配位网络的可逆单晶一单晶转换外文翻译资料
• 蜘蛛网状氧化镍纳米线修饰的碳纳米线用于多层生物膜生长及其在高功率微生物燃料电池中的应用外文翻译资料
• TTF-CA的黑色多态性：TTF多态性和溶剂在机械化学和气相合成 、FT-IR、晶体包装和电子结构中的作用外文翻译资料
• 聚苯胺插层层状氧化钒纳米复合材料——一锅水热法合成及其在锂离子电池中的应用外文翻译资料
• 蚕茧衍生碳纤维的三维细胞粘附基质与吓啉铁组装， 用于监测细胞释放的信号分子外文翻译资料
• 用于催化的高嫡材料:一个新的前沿外文翻译资料
• 分子组装石墨烯与原子位点超快速实时检测一氧化氮细胞分析外文翻译资料
• 铋酸铜材料的光电化学分解水综合探究外文翻译资料
• 电催化硝酸盐减少对可持续氨生产发展的影响外文翻译资料
• 导电聚合物I贵金属纳米复合修饰电极的制备及其在 黄酒标龄鉴定中的应用外文翻译资料