木粉_聚氨酯协同增韧改性木质素基酚醛发泡材料的制备.pdf

摘要 摘要 酚醛发泡材料具有质量轻、耐水性好、隔热、阻燃性能好等特点，但其原料过度依 赖化石资源，同时力学性能较差、粉化率大等问题严重制约了其推广和应用。本论文利 用可再生生物质原料磺酸盐木质素部分替代苯酚，制备木质素基可发性酚醛树脂及发泡 材料。同时以杨木粉作为外增韧剂，聚氨酯预聚体作为内增韧剂，采用协同增韧技术， 对木质素基酚醛树脂发泡材料进行增韧处理。主要研究内容与结论如下： （1）磺酸盐木质素酚化 2 h 时，木质素呈现出较低的相对分子质量和相对分子质量 分布，Mn 为 1970，Mw 为 2620 ，Mw/Mn 为 1.33。此时的木质素酚羟基含量为 3.14%， 相对于未经酚化的木质素酚羟基（2.79% ）的含量增加了 12.5 %。用酚化 2 h 的DL 替 o 代苯酚，制备替代率为 20 %DLPR ，黏度适中，为 3.12 ± 0.07 Pa·s （25 C ）。随着酚化 时间的增加，制备的 DLPR 树脂的黏度增加，同时贮存期大幅降低。将 PR 、LPRs 和 DLPRs 制备成 PF 、LPFs 和 DLPFs ，相比较LPFs ，发现DLPFs 拥有更高的力学性能和 阻燃性能，其中发现 DLPF-20 效果最佳，DLPF-20 的压缩强度为 101 kPa ，粉化率为 11.3%，压缩模量为2863 kPa 。与 PF 相比较，DLPF-20 虽然力学性能降低了，粉化率提 升了，阻燃性能却提升 9.3% 。 （2 ）无论是杨木粉还是软木栎外树皮粉都对木质素基酚醛发泡材料的性能提升有 帮助，杨木粉在压缩强度、压缩模量、粉化率和氧指数上优于软木粉。软木栎外树皮粉 由于纤维结构中有很多闭孔结构，因此保温隔热性能优于杨木粉。经过乙酰化改性后的 木粉 （杨木粉），与树脂之间相容性大大提升，使得发泡材料的各个性能都得到了提升， 与未经乙酰化改性前相比，强度由 119.6kPa 增加到 127.3kPa ，模量由 3327kPa 增加到 3485kPa ，粉化率由 7.7%降低到 6.4%，导热系数由 0.047W/m·K 降低到 0.045W/m·K， 氧指数由 36.2%提升到 37.2% 。经过总结发现，木粉增韧的主要原因在于以下三点：① 木粉自身强度，能够支撑发泡材料的孔壁结构；②木粉的成核作用帮助发泡材料形成均 匀一致的泡孔结构；③木粉与树脂共同作用，二者紧密连接，在收到外力的作用，能够 分散应力。 （3 ）聚氨酯预聚体作为长链柔性链段可以通过化学接枝的方式反应到木质素基酚 醛发泡材料中，其中 5%改性得到的发泡材料具有较好的性能，经过 5%聚氨酯改性的发 泡材料的强度由 119.6kPa 增加到 125.1kPa ，粉化率由7.7%降低到 5.2%，由于聚氨酯泡 I 摘要 沫易燃，使得氧指数由 36.2%降低到 32.5% 。经过总结发现，聚氨酯增韧的主要原因如 下：长链的聚氨酯降低了酚醛树脂交联网络中交联点的密度，增大反应活性位点之间的 距离，使得材料在受到外力作用下减少刚性断裂，同时聚氨酯的添加也会降低材料中苯 环等刚性结构的占比，提高柔性链段的分子结构占比。 关键词：杨木粉，软木粉，酚醛发泡材料，聚氨酯预聚体，磺酸盐木质素 II 目录 目录 1 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.2 酚醛发泡材料 2 1.2.1 酚醛发泡材料的发展 2 1.2.2 酚醛树脂发泡材料的应用 2 1.2.3 酚醛树脂发泡材料存在的问题及原因 3 1.3 酚醛树脂发泡材料增韧研究