有机无机纳米粒子改性酚醛树脂的研究

论文摘要

酚醛树脂由于有着良好阻燃性、绝缘性、粘结性和化学稳定性,因而其具有广泛的应用领域,但由于其脆性大、韧性差,在某些应用领域耐热性不足等问题,因而极大地限制了其更广泛的应用。为了提高酚醛树脂的性能,进一步扩大其应用范围,需对酚醛树脂进行改性,提高韧性和耐热性是酚醛树脂发展的方向。本文分别研究了羧基丁腈胶乳和炭黑改性酚醛树脂,前者主要目的是提高酚醛树脂的韧性,改性树脂可以作为摩阻材料的粘合剂,后者主要目的是提高酚醛树脂的耐热性,改性树脂可以作为耐火材料的结合剂。本文研究了羧基丁腈胶乳改性酚醛树脂的制备方法和性能表征。结果表明：随着羧基丁腈胶乳含量的增加,其冲击强度不断提高,粘度增加,游离酚含量增加。通过SEM表征发现橡胶粒子在酚醛树脂基体中能够很好的均匀分布,其分散尺度为200-400nm。通过FT-IR表征发现,酚醛树脂中的活性官能团和羧基丁腈胶乳中的活性官能团发生了化学反应,这样提高了酚醛树脂和橡胶粒子间的界面粘合作用。通过热重分析发现,羧基丁腈胶乳改性在中低温（≤400℃）下提高了酚醛树脂耐热性,特别是提高了酚醛树脂的起始分解温度。最后合成出的羧基丁腈胶乳改性酚醛树脂满足作为摩阻材料粘合剂的性能指标要求。本文研究了纳米炭黑改性酚醛树脂的制备方法和性能表征。在反应的过程中使用超声波对纳米炭黑进行物理分散处理,提高炭黑的分散效果,同时使用偶联剂KH-550对炭黑表面进行化学处理,提高炭黑粒子和基体树脂的界面相容性。通过FT-IR表征发现,合成出的热固性酚醛树脂为高邻位酚醛树脂,其邻对位比为3.5。通过SEM表征发现炭黑粒子在酚醛树脂基体中能够均匀分散,其分散尺度为100～200nm。通过热性能分析,使用炭黑改性的酚醛树脂的固含量和残炭量都有很明显的提高。合成出来的炭黑改性酚醛树脂性能指标完全满足作为镁碳砖结合剂的要求。制砖实验结果表明,使用炭黑改性酚醛树脂作为结合剂制备的镁碳砖,其体积密度提高、显气孔率降低,特别高温下的热态抗折强度提高和抗氧化性得到了提高,因而镁碳砖的整体综合性能提高了。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 酚醛树脂及其复合材料的发展简史
• 1.2 酚醛树脂的合成反应机理
• 1.2.1 热塑性酚醛树脂的合成
• 1.2.2 热固性酚醛树脂的合成
• 1.2.3 高邻位酚醛树脂的合成
• 1.3 酚醛树脂的改性
• 1.3.1 橡胶增韧改性酚醛树脂
• 1.3.2 酚醛树脂的耐热性改性
• 1.4 本论文研究的意义和内容
• 1.4.1 羧基丁腈胶乳增韧改性酚醛树脂
• 1.4.2 纳米炭黑耐热性改性酚醛树脂
• 1.4.3 本论文的创新性
• 第二章 羧基丁腈胶乳增韧改性酚醛树脂
• 2.1 实验原料与仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 合成实验
• 2.2.1 纯酚醛树脂合成工艺
• 2.2.2 羧基丁腈胶乳改性酚醛树脂合成工艺
• 2.3 热塑性酚醛树脂的测试表征
• 2.3.1 软化点的测试
• 2.3.2 凝胶化时间的测试
• 2.3.3 流动距离的测试
• 2.3.4 游离酚的测试
• 2.3.5 游离醛的测试
• 2.3.6 粘度的测试
• 2.3.7 冲击强度的测试
• 2.3.8 FT-IR测试
• 2.3.9 GPC测试
• 2.3.10 SEM测试
• 2.3.11 TG-DTG测试
• 2.4 结果讨论
• 2.4.1 羧基丁腈胶乳用量对冲击强度的影响
• 2.4.2 羧基丁腈胶乳用量对游离酚含量的影响
• 2.4.3 羧基丁腈胶乳含量对流动性能的影响
• 2.4.4 羧基丁腈胶乳改性酚醛树脂FT-IR表征
• 2.4.5 羧基丁腈胶乳改性酚醛树脂SEM表征
• 2.4.6 羧基丁腈胶乳改性酚醛树脂GPC表征
• 2.4.7 羧基丁腈胶乳改性酚醛树脂TG-DTG表征
• 2.4.8 羧基丁腈胶乳改性酚醛树脂性能指标
• 2.5 本章小结
• 第三章 纳米炭黑改性酚醛树脂
• 3.1 实验原料及仪器
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 高邻位纯酚醛树脂的合成
• 3.2.2 纳米炭黑改性酚醛树脂的合成
• 3.2.3 镁碳砖的生产工艺流程
• 3.3 炭黑改性酚醛树脂的测试表征
• 3.3.1 游离酚的测试
• 3.3.2 游离醛的测试
• 3.3.3 水分的测试
• 3.3.4 粘度的测试
• 3.3.5 pH值的测量
• 3.3.6 固含量及残炭量测定
• 3.3.7 FT-IR表征
• 3.3.8 GPC表征
• 3.3.9 TG-DTG测试
• 3.3.10 SEM表征
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 高邻位酚醛树脂的FT-IR表征
• 3.4.2 高邻位酚醛树脂的GPC表征
• 3.4.3 炭黑及改性酚醛树脂的SEM表征
• 3.4.4 炭黑改性酚醛树脂的固含量及残炭量表征
• 3.4.5 酚醛树脂的TG-DTG表征
• 3.4.6 炭黑改性酚醛树脂后的综合性能
• 3.5 本章小结
• 第四章 有机无机纳米粒子改性酚醛树脂工业放大实验
• 4.1 羧基丁腈胶乳增韧改性酚醛树脂工业放大
• 4.1.1 中试实验方法
• 4.1.2 中试实验结果
• 4.2 纳米炭黑耐热改性酚醛树脂工业放大
• 4.2.1 反应釜的设计
• 4.2.2 中试实验指导方法
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附录