酚醛泡沫塑料性能研究进展

(成都工业学院机械工程学院，四川成都，611730)

酚醛泡沫塑料性能研究进展

李静黄静赵雪芹高荣
(成都工业学院机械工程学院，四川成都，611730)

介绍了近年来国内外在酚醛泡沫制备过程中对其性能影响方面的研究进展，主要分析了酚醛泡沫制备过程中可发泡树脂、表面活性剂、固化剂、发泡剂等因素对酚醛泡沫性能的影响。

酚醛树脂 泡沫塑料 性能

酚醛泡沫塑料是由可发性酚醛树脂通过加入表面活性剂、发泡剂、固化剂等其他助剂制成的一种硬质泡沫塑料。因此，酚醛泡沫塑料的成型和定型过程比普通泡沫塑料的成型和定型过程要复杂得多[1]。作为一种新型且广泛应用的隔热保温材料，与聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫相比，具有低毒、难燃、低烟、轻质等优点，因此受到人们的广泛重视[2]。近年来，对酚醛泡沫塑料的研究主要集中在改善泡沫的韧性、强度、阻燃性等方面[3,4]，而对酚醛泡沫塑料制备中的影响因素研究很少。本文介绍了近年来国内外在酚醛泡沫制备过程中对其性能影响方面的研究进展，主要分析了可发泡树脂、表面活性剂、固化剂和发泡剂等因素对酚醛泡沫性能的影响。

1 可发泡树脂

酚醛泡沫塑料是由酚醛树脂通过交联发泡制得,分为热塑性和热固性两种。热塑性酚醛泡沫因生产周期长、效率低、能耗大的原因已较少应用[5]。目前，国内外主要采用热固性树脂来制备泡沫。S.Daljit[6]发现，当酚和醛的用量比为1.2，反应温度为70～75℃时，制得的酚醛泡沫塑料泡孔均匀，力学强度优异。

热固性酚醛树脂的制备一般是在碱性催化剂的作用下进行的，常用催化剂有氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钡、氨水、氢氧化镁、碳酸钠、叔胺、三乙胺等。不同种类的催化剂对树脂的聚合反应影响较大，进而影响后期酚醛泡沫的性能。因而，选择合适的催化剂及适当的用量对酚醛树脂的性能和酚醛泡沫的性能有着重要意义。

马玉峰等[7]使用了氢氧化钡、三乙胺、氢氧化钠3种催化剂，以多聚甲醛代替甲醛溶液制备高固体含量可发性酚醛树脂，并制备酚醛泡沫塑料。结果表明，催化剂的催化效率为：氢氧化钠>三乙胺>氢氧化钡。以氢氧化钠作为催化剂制备的酚醛树脂及酚醛泡沫塑料的综合性能最优。制得的酚醛树脂的黏度为8625mPa·s，固化质量分数为79.88%，游离苯酚和游离甲醛质量分数分别为3.36%、0.5%，凝胶时间为397s;以其制备的酚醛泡沫塑料压缩及弯曲强度分别为0.24MPa和0.39MPa，掉渣率为11.1%，极限氧指数为44.5%，泡孔分布在100～200μm的范围内。

2 表面活性剂

酚醛泡沫塑料的制备过程中，表面活性剂的种类和数量对泡沫的成型定型过程及泡沫性能起着重要作用，其可以降低体系中各组分之间的界面张力，从而增加各原料的互溶性，保证反应体系的稳定性，起到稳定发泡过程的作用。表面活性剂还可以加快反应过程，缩短固化时间[8]。K.R.Derslow[9-10]通过实验发现，表面活性剂可以显著降低酚醛泡沫材料的表面张力，有效控制稳定发泡速度，泡孔大小均匀，得到的泡沫塑料具有良好的阻燃性和保温性能。常用的表面活性剂主要有硅酮类和吐温类，另外也有报道过聚硅氧烷等。目前，复合表面活性剂应用广泛。关于表面活性剂的用量，当其用量较低时不能形成稳定的泡沫体，泡孔小，吸水率较低；当其用量较高时，泡孔大易出现塌泡，吸水率较高。

商平等[11]研究了吐温80、吐温20、DC-193、AES、OP-10进行不同比例复配得到的复合表面活性剂对酚醛泡沫塑料性能的影响。其中吐温80、吐温20、DC-193得到的3号复合表面活性剂；吐温80、DC-193和AES得到的4号复合表面活性剂，制得的酚醛泡沫表观密度适中，吸水率较低，压缩强度及耐磨损率高。其中3号复合表面活性剂体系，泡孔大小不均匀，且泡孔边缘有少量的断裂现象；4号复合表面活性剂体系，泡孔大小适中且均匀。

王进福等[12]采用硅酮类表面活性剂、吐温类表面活性剂及硅酮类和吐温类复合表面活性剂对酚醛泡沫性能的影响进行了分析。结果表明，采用复配型表面活性剂比单一种类的表面活性剂的发泡效果更好，形成的泡沫发泡倍率大，表观密度小、泡孔分布均匀、闭孔率高、吸水率低，且压缩强度较大，泡沫的综合性能优良。

3 固化剂

酚醛树脂在发泡的过程中固化剂具有使发泡均匀、泡孔稳定的作用。酚醛树脂在固化剂的作用下进行缩聚反应，增长的分子链逐步网状化，树脂的弹性增大，同时伴随着发泡剂汽化和反应生热，完成固化，同时促使发泡剂发挥发泡作用。固化剂常用的无机酸有：盐酸、磷酸、硫酸、硼酸和氢溴酸等，有机酸有：对甲苯磺酸、苯磺酸和醋酸等。采用有机酸的特点是固化速度较慢，酚醛泡沫表观密度相对较小；而采用无机酸固化诱导期短、发泡迅速、固化彻底、不易产生塌泡及尺寸不稳定缺陷，但是会对设备产生强腐蚀性。固化剂的酸性越强，树脂交联的速度越快，固化时间越短，甚至提前完成固化，此时制得的泡沫表观面度大，泡孔小而致密。当固化剂酸性较弱时，会延长固化时间甚至无法固化，此时会出现泡孔收缩等缺陷。由于酚醛树脂的固化和发泡过程是同时进行的，因而要求固化剂的固化速度应该在一个较宽的范围内变化，能在气泡发生、膨胀到一定程度时完成固化[13]。目前，多采用混合酸作为固化剂，其酸性适中，应用较为广泛。

张莉等[14]分别采用盐酸、磷酸和对甲苯磺酸作为固化剂制备酚醛泡沫塑料。研究了不同温度下固化剂对酚醛泡沫的影响。发现，常温下盐酸对体系有着很好的固化作用，泡沫硬度较好，但泡沫易变红及发生收缩；磷酸在固化过程中，粉化程度大；对甲苯磺酸的固化作用较好，泡沫硬度较好，但是泡沫性能不稳定，泡体极易变红，泡孔略偏大。

马玉峰等[15]研究了对甲苯磺酸和盐酸、磷酸、水复配的混合酸作为固化剂对酚醛泡沫性能的影响。实验结果表明，这种混合酸固化剂的固化速度相对较快，并且固化范围也较宽。得到的酚醛泡沫塑料表观密度较小，泡孔致密且分布均匀；其压缩强度为0.200MPa、压缩弹性模量为7.52MPa、弯曲强度为0.355MPa、弯曲弹性模量为0.410MPa，泡沫承受压缩应力和变形能力强，且易碎性能较低，韧性及阻燃性能优异。

4 发泡剂

发泡剂是塑料发泡成型中发泡动力的来源，是酚醛泡沫的重要组成部分。其种类和用量的选择对酚醛泡沫塑料的制备有着重要作用。发泡剂的选择应该首先具有较高的发泡率，获得的泡沫体结构要致密，泡孔大小适中且分布均匀，其次要满足绿色环保的要求，然后满足物美价廉。常用发泡剂有正戊烷、异戊烷石油醚及复合发泡剂等。

王立艳等[16]采用由正戊烷、异戊烷、环戊烷、二氯甲烷、石油醚复配而成的复合发泡剂制备酚醛泡沫样品。实验发现，当发泡剂用量在8%～12%时，表观密度为45～70kg/m3，压缩强度大于0.1MPa，满足建筑用基本要求，当发泡剂用量在10%时，表观密度为58 kg/m3，压缩强度为0.15MPa；当发泡剂用量在8%～12%时，导热系数小于0.026W/(m·k)，氧指数为39%～43%，且当发泡剂用量为10%时，导热系数最小为0.023 W/(m·k)，氧指数为41%，具有优异的难燃性。

古亚新等[17]分别采用正戊烷和石油醚作为发泡剂，研究了发泡剂种类和用量对酚醛泡沫性能的影响。结果表明，石油醚发泡的酚醛泡沫抗粉化程度优于正戊烷发泡的酚醛泡沫；发泡剂种类对酚醛泡沫导热系数无影响；对同一种发泡剂，发泡剂用量对酚醛泡沫pH值影响不大；当发泡剂用量相同时，石油醚发泡的酚醛泡沫的表观密度相对要大些，且压缩强度也要大于正戊烷发泡的酚醛泡沫。

5 结论

酚醛泡沫塑料具有优异的保温、隔热、耐热、难燃等性能，在民用建筑、石油化工、交通运输等行业得到了广泛应用。同时，随着酚醛泡沫性能的不断深入研究，提高其综合性能，克服酚醛泡沫强度低和脆性大等缺点，应用领域会进一步扩大。

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ResearchProgressonthePropertiesofPhenolicFoamPlastics

LiJing，HuaJing，ZhaoXueqin，GaoRong
(MechanicalEngineeringDepartment,ChengduTechnologicalUniversity,Chengdu611730,Sichuan,China)

This paper introduces the research progress on the performance of phenolic foams , The effects of foamable resin, surfactant, curing agent and foaming agent on the properties of phenolic foam were analyzed.

phenolic resin; foam plastics; properties

2017年四川省教育厅项目(17ZB0024)

《四川化工》稿件征集中……

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