有机硼改性酚醛树脂的耐热性研究

酚醛树脂改性研究高美玲大学化学与化工学院摘要酚醛树脂在工业中应用广泛，但是普通的酚醛树脂脆性大,耐热性和韧性均有不足，因此限制了酚醛树脂在某些了领域的应用。

综述了近5年来酚醛树脂耐热性和增韧性的研究进展，简要归纳了各种方法的改性机理以及研究现状，最后对酚醛树脂改性方法的发展前景做出了展望。

关键词酚醛树脂改性耐热性增韧性Research of Modified Phenolic ResinGao MeilingChemistry Department of ShanDong UniversityAbstract Phenolic resin is widely used in industry.But the traditional phenolic resin is brittle, and imperfect in heat resistance and toughness,thus limiting the phenolic resin to be used in some areas. The modification methods for improvement of the heat resistance and toughness in the past five years are summarized.The mechanism and research status of various modified methods are summed up.Finally outlook about prospects of modified phenolic resin are made.Keywords modified phenolic resin heat resistance toughness目录：1……………………………引言2……………………………酚醛树脂改性研究进展2.1…………………………改善酚醛树脂的耐热性2.2…………………………改善酚醛树脂的韧性3……………………………结语4……………………………参考文献1. 引言酚醛树脂是酚类化合物和醛类化合物在酸性和碱性的条件下，发生缩聚反应生成的合成树脂，最早发现并成功实现商品化的合成树脂，距今已有100 多年的发展历史。

含硼酚醛树脂的耐热性和热裂解机理井新利*，王淑娟，王勇，边城，钟玉虎西安交通大学理学院应用化学系，西安，710049*Email: rgfp-jing@含硼酚醛树脂是一种基于酚醛树脂改性获得的性能优越的耐烧蚀树脂。

关于含硼酚醛树脂热裂解机理认识上的不足在很大程度上制约了其开发和应用。

本文以硼酸改性酚醛树脂(BPR)和苯基硼酸改性酚醛树脂(PBPR)为主要研究对象，在充分认识其固化结构的基础上，通过跟踪其在高温下的结构演变，研究了其高温热裂解过程。

研究表明，BPR 和PBPR 具有高成炭率的原因源于固化过程中基于酚羟基与硼羟基的硼酸苯酚酯结构。

一方面，以硼原子为核心的硼酸苯酚酯结构封闭了部分酚羟基，使得基于酚羟基的热分解反应不易发生。

另一方面，硼酸苯酚酯结构在裂解形成氧化硼的同时避免了过多小分子碳氧化合物的形成，显著地降低了树脂中碳的损失。

本研究为充分认识含硼酚醛树脂具有高成炭率的原因提出了新的看法。

(a) (b) (c) (d)Fig. 1 The structure of the cured BPR (a), and the XRD (b), Solid-state 11B MAS NMR spectra (c) and SEM (d, 800o C) for the curedBPR after treating at high temperatures for 2 h.关键词：硼酚醛树脂；热裂解；硼酸苯酚酯；结构演变；耐热性参考文献[1] K ız ılcan, N.; Dinçe , P. J. Appl. Polym. Sci . 2013, 129(5): 2813-2820.[2] Xu, L.; Wu, J. F.; Bai, S. Carbon . 2012, 50(12): 4705-4710.Thermal Resistance and Pyrolysis Mechanism of Boron-containingPhenolic Resin Xinli Jing *, Shujuan Wang, Yong Wang, Chen Bian, Yuhu ZhongDepartment of Applied Chemistry, Xi’an Jiaotong University, Xi'an, 710049Boron-containing phenolic resin is one type of the ablative resin with high-performance. Lacking of the exact knowledge concerning the pyrolysis mechanism of the boron-containing phenolic resins, its development and application are hindered greatly. In the present paper, the boric acid modified phenolic resin (BPR) and phenylboronic acid modified phenolic resin (PBPR) were studied as the main objects. The chemical structure and structural evolution of the cured resins were investigated. The results indicate the high char yield of BPR and PBPR is mainly attributed to the formed phenylboronates during curing. Phenylboronates blocked parts of phenolic hydroxyl ，which effectively inhibited the thermal decomposition reaction caused by phenolic hydroxyl. Boron oxide was formed from the cleavage of B-O-C bond via pyrolysis, which avoided the release of volatile carbon oxides. This study provides a new vision for the high char yield of boron-containing phenolic resin.基金项目：国家自然科学基金(项目编号：51273160)资助。

酚醛树脂的耐热研究
材料切削时所做的功几乎全部转化成热能，据资料报道，磨料磨具在磨削时只有10-20%左右的热量被磨屑带走，80-90%的热量被传入工件及磨具，而以酚醛树脂为粘结剂的树脂磨具在中温（250℃以下）有较好的强度保持性，高温会导致树脂软化或者分解使其粘结力下降，引起大量磨料脱落，对磨具的磨削效率及磨削比有较大的影响。

所以对酚醛树脂的耐热研究比较重要。

无机材料改性：以硼、钼改性酚醛树脂为主。

基本原理就是在树脂分子结构中引入硼、钼等元素，生成键能较高的B-O、O-Mo-O键，提高改性树脂的热分解温度及耐热性。

研究表明，B-O键能为774KJ/mol，远远高于C-C键能345KJ/mol;钼酚醛树脂的热解过程是一级反应，其热分解活化能高达137.5KJ/mol。

700℃下普通酚醛树脂的失重率达到100%，硼改性酚醛树脂仅为67%，钼改性酚醛树脂为30.3%。

有机材料改性：将具有高分解温度、耐热性等综合性能良好的有机高分子材料通过共混或者化学的方式与树脂结合，达到改善酚醛树脂的目的，通常有聚酰亚胺、聚砜、有机硅、苯并噁嗪等。

收稿日期:1996-11-11硼、烷基酚双改性酚醛树脂的合成及耐热性分析马榴强 张 洋(北京联合大学化学工程学院,北京 100023) (北京化工大学材料科学与工程学院,北京 100029)[摘 要] 为提高树脂耐热性,通过正交实验讨论了硼、烷基酚双改性酚醛树脂的合成方法。

对树脂的热重分析结果表明:此树脂的耐热性优于普通的酚醛树脂。

最后还确定了较好的改性剂加入量。

[关键词] 改性酚醛树脂;合成;耐热性[分类号] O 632 72酚醛树脂是最古老的人工合成高聚物之一。

它具有很多优点,可以应用于很多领域。

但是,随着现代工业的飞速发展,在一些领域,由于对耐热性和柔韧性提出了更高的要求,使它不能与之相适应。

例如,在速度为100km/h 的条件下,用于反复制动的摩阻材料,其表面温度可达350~800 。

这就要求摩擦材料应具有耐高温性,在高温下不致于受到破坏。

同时,在气温较低的情况下,如刚起动即制动,此种材料应具有一定的柔韧性,使制动平稳和安全。

硼改性酚醛树脂的耐热性远远优于非改性的通用型酚醛树脂,这一点很多文献中均有过介绍。

纯烷基酚甲醛树脂可以用于石油化学品及烯烃类聚合物的加工中,这一点文献中也常有所报道。

基于此,本文探讨了硼、烷基酚双改性酚醛树脂的合成及耐热性问题。

1 实验1 1 原料苯酚,工业级;甲醛,工业级;烷基酚,自制;硼酸,分析纯;催化剂,分析纯。

1 2 实验方法在装有搅拌器、温度计、回流冷凝器的四口瓶中,按工艺配方加入各种原料,加热至给定温度,当体系变浑浊时开始记录时间,到设定时间后真空脱除全部水分,趁热倒出即可。

2 结果与讨论2 1 硼改性酚醛树脂的合成为便于比较,参照文献,我们采用如下工艺合成了硼改性酚醛树脂:苯酚先与硼酸在110 左右进行反应,然后加甲醛和催化剂,在90 左右反应到一定时间后,真空脱除全部水分,即为1997年6月第11卷第2期总28期北京联合大学学报Journal of Beijing U nion U niversity Jun.1997V ol.11N o.2Sum No.28成品。

利用不同材料改性酚醛树脂及其性能研究摘要利用不同材料，如无机材料硼、硅、铁、钼及其相关化合物，有机材料烷烃类、胺类、酚类、醛类及其衍生物等对酚醛树脂进行改性并研究其相关性能。

运用差示扫描量热仪（DSC）、傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR）、核磁共振波谱仪（1H-NMR）、X射线光电子能谱技术（XPS)、热失重分析（TG&DTG）等方法对改性产物进行分析。

了解其制备过程、工艺参数及影响因素，并分析文献内容、改性方法的优缺点。

实验结果表明经过各种材料改性后的酚醛树脂，多项性能均优于未改性时的酚醛树脂。

但不同改性材料所能提升的程度有限，并不能从多方面、大维度的提升酚醛树脂性能。

关键词有机材料、无机材料、酚醛树脂1.引言酚醛树脂酚醛树脂是三大合成树脂之一，广泛用于胶黏剂、涂料、塑料、油墨等，在国防军工及建筑、交通、化学、工业等各项领域发挥着重要的作用。

与其他树脂相比，酚醛树脂显著的特征是耐热、耐腐蚀、阻燃、耐辐射、耐摩擦磨损等，且成本低。

显示了独特的优势。

然而，酚醛树脂结构上的缺陷是裸露的酚羟基和亚甲基容易被氧化，严重制约着酚醛树脂耐热性的发辉。

纯树脂已经不能满足目前的生产需求，因此，国内外采用了各种方法试图提高酚醛树脂的耐热性能。

2.利用各种材料改性酚醛树脂的制备与性能分析2.1铁改性酚醛树脂的合成与结构表征由于酚醛树脂具有良好的耐热性，因此可以应用于耐火材料、阻燃剂等方面。

如Li[1]将苯酚、甲醛、氢氧化钠按摩尔比1:1.5:0.1加入装有温度计、搅拌器和回流冷凝管的四口烧瓶中。

65 °C回流加热60 min 后升温至90°C保温反应120 min。

按苯酚、亚氨基二乙酸物质的量之比为1:0.03加人螯合剂，搅拌混合10 min。

降温至55°C，用盐酸调节pH 至7左右，按氯化铁、苯酚摩尔比分别为0.001、 0.003、0.005、0.008、0.01加入改性剂，保温30 min。

第３４卷第６期化㊀学㊀研㊀究Ｖｏｌ．３４㊀Ｎｏ．６２０２３年１１月ＣＨＥＭＩＣＡＬ㊀ＲＥＳＥＡＲＣＨＮｏｖ．２０２３硼改性酚醛树脂的制备及其耐热性能研究宋东华１，毛雅君１，邵香敏１，孔祥瑞３，赵文善１，２∗（１．郑州工业应用技术学院水环境与健康河南省工程技术研究中心，河南郑州４５１１００；２．河南大学化学与分子科学学院，河南开封４７５００４；３．河南大学武术学院，河南开封４７５００１）收稿日期：２０２３⁃０３⁃１４作者简介：宋东华（１９６９－），男，高级工程师，研究方向：聚合物制备㊂∗通信作者，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈａｏｗｅｎｓｈａｎ＠ｈｅｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ摘㊀要：酚醛树脂因其材料成本低㊁工艺简单㊁原料易得等优点，在工业上得到了广泛应用㊂但由于其耐热性不足以及游离酚含量较高等因素，限制了其应用范围㊂本文利用硼酸对酚醛树脂进行改性，利用红外和质谱对其结构进行表征，改性后酚醛树脂的耐热性能㊁游离酚等指标得到明显改善㊂当失重２０％时酚醛树脂改性前后耐热性能提高了５６ħ，可能是由于硼酚醛树脂中含有硼的三维交联网状结构，提高了树脂的交联密度；游离酚含量从改性前的４．１２％降低到了２．２１％，说明硼元素的引入改变了苯酚的活性，提高了树脂聚合度㊂关键词：硼酸；热塑性树脂；耐热性中图分类号：Ｏ６５２．７文献标志码：Ａ文章编号：１００８－１０１１（２０２３）０６－０５３３－０５ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｂｏｒｏｎｍｏｄｉｆｉｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎＳＯＮＧＤｏｎｇｈｕａ１ ＭＡＯＹａｊｕｎ１ ＳＨＡＯＸｉａｎｇｍｉｎ１ ＫＯＮＧＸｉａｎｇｒｕｉ３ ＺＨＡＯＷｅｎｓｈａｎ１ ２∗１．ＷａｔｅｒＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＨｅａｌｔｈＨｅｎａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５１１００ Ｈｅｎａｎ Ｃｈｉｎａ ２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＳｃｉｅｎｃｅｓ ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｋａｉｆｅｎｇ４７５００４ Ｈｅｎａｎ Ｃｈｉｎａ ３．ＷｕｓｈｕＣｏｌｌｅｇｅ ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｋａｉｆｅｎｇ４７５００１ Ｈｅｎａｎ ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ Ｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙｄｕｅｔｏｉｔｓｌｏｗｍａｔｅｒｉａｌｃｏｓｔ，ｓｉｍｐｌｅｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｅａｓｙａｃｃｅｓｓｔｏｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｂｕｔｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒａｎｇｅｉｓｌｉｍｉｔｅｄｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｌａｃｋｏｆｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｈｉｇｈｃｏｎｔｅｎｔｏｆｆｒｅｅｐｈｅｎｏｌ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎｗａｓｍｏｄｉｆｉｅｄｂｙｂｏｒｉｃａｃｉｄ，ａｎｄｉｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｉｎｆｒａｒｅｄａｎｄｍａｓｓｓｐｅｃｔｒａ．Ｔｈｅｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｆｒｅｅｐｈｅｎｏｌｏｆｍｏｄｉｆｉｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｗｈｅｎｔｈｅｗｅｉｇｈｔｌｏｓｓｉｓ２０％，ｔｈｅｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｍｏｄｉｆｉｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙ５６ħ，ｗｈｉｃｈｍａｙｂｅｄｕｅｔｏｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｉｎｇｎｅｔｗｏｒｋｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｂｏｒｏｎｉｎｂｏｒｏｎｍｏｄｉｆｉｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｉｎｇｄｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｒｅｓｉｎ．Ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｆｒｅｅｐｈｅｎｏｌｄｅｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ４．１２％ｔｏ２．２１％ａｆｔｅｒｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｂｏｒｏｎｃｈａｎｇｅｓｔｈｅａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｐｈｅｎｏｌａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｉｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｏｒｉｃａｃｉｄ；ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｒｅｓｉｎｓ；ｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ㊀㊀酚醛树脂是世界上较早被人们合成并实现工业化的树脂之一㊂原料价廉易得，工艺㊁设备简单，性能优异，如优良耐热性㊁阻燃性㊁耐烧蚀性㊁耐辐射性㊁耐摩擦性和高温下有较高的强度等，至今仍在制作模塑㊁涂料等领域发挥着重要的作用［１－２］㊂该树脂主要是酚类和醛类在酸或碱性催化下合成的缩聚物㊂一般的酚醛树脂是由苯酚和甲醛合成制得［３］㊂由于合成条件的不同酚醛树脂分为热固性和热塑性树脂㊂随着工业的不断发展，对酚醛树脂的性能有了更高的要求，如其耐热性能，耐摩擦性等㊂因此需要对酚醛树脂进行改性［４－７］㊂为提高其耐热性，常采用化学改性法，如在酚醛树脂的分子结构中引入无机物或含芳杂环的聚合物，将该树脂进一步醚化㊁酯化及与重金属鳌合，采用优化应用条件㊁调整固化剂量等方法，提高固化后的热稳定性，增加刚性，大幅度地改善其耐热性［８］㊂５３４㊀化㊀学㊀研㊀究２０２３年添加硼元素改性酚醛树脂是目前提高酚醛树脂性能的方法之一［９］㊂在酚醛树脂的分子结构中引入硼元素，取代酚羟基中的氢，由于硼氧键的键能高于碳碳键，应用中形成了含有硼的立体网状结构，具有高氧指数㊁低毒㊁低烟和低发热量的高耐燃性㊂硼氧键又具有较好的柔顺性，改性后该树脂的塑性增强，力学性能提高㊂改性后的产物适合于作为制动条件下的高温摩擦材料母本树脂［１０－１２］，并具有优良的耐候㊁耐化学稳定㊁可黏合㊁抗冲击㊁耐烧蚀和防中子辐射等能力，应用于模压㊁绝缘㊁耐烧蚀㊁层压㊁耐磨材料㊂因此在机械㊁船舶㊁建筑㊁木材㊁防化学腐蚀㊁合成纤维㊁塑料和电气等领域广泛应用㊂涉及军工业㊁制造业㊁日用加工等行业［１３］㊂现合成硼酚醛树脂主要有三种途径［１４－１５］：１）苯酚与硼酸在一定的条件下生成硼酸酚酯，硼酸酚酯与甲醛或多聚甲醛于催化剂等条件下反应，到一定时间后真空脱水，得到目标产物，如图１㊂２）合成水杨醇（苯酚与甲醛在特定条件下），并在１０５ １１０ħ下与硼酸反应，不断去除反应生成的水，得到目标产物，反应如图２㊂图１㊀硼改性酚醛树脂的合成反应方程式Ｆｉｇ．１㊀Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｒｅａｃｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｂｏｒｏｎｍｏｄｉｆｉｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ图２㊀化学反应方程式Ｆｉｇ．２㊀Ｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎ㊀㊀３）将制备好的树脂与硼酸（或硼酸与六亚甲基四胺的反应物）混合㊁成型，很好地改善了酚醛树脂的耐热性㊂本文采用硼酸来改良热塑性酚醛树脂的耐热性，通过特定的方法合成出不同硼含量的硼改性酚醛树脂，利用红外光谱和质谱对其结构进行表征，通过热重分析研究硼改性酚醛树脂的耐热性能［１４］㊂１㊀实验部分１．１试剂与仪器㊀㊀苯酚（ＡＲ．上海展云化工有限公司），甲醛（ＡＲ．广州化学试剂厂），硼酸（ＡＲ．西安化学试剂厂），循环水真空泵ＳＨＺ ＳＩＩＩ（上海力辰仪器科技有限公司），傅立叶变换红外光谱（江苏天瑞仪器股份有限公司），电热恒温干燥箱１０１－００Ｓ（上海力辰仪器科技有限公司），热重分析仪ＴＧＡ－１０００（上海盈诺精密仪器有限公司）㊂１．２树脂的制备１．２．１㊀酚醛树脂的制备［１６］㊀㊀按照苯酚ʒ甲醛＝１．１ʒ１的物质的量之比称取苯酚和甲醛加入三口烧瓶中，再加入１．０％（苯酚）的草酸，温度升到９０ħ，反应６ｈ后加入一定量的５．０％的ＮａＯＨ溶液中和，然后用１００ｍＬ８０ħ的蒸馏水洗涤（洗去没反应的小分子物质［１７］，如：苯酚等，用８０ħ的蒸馏水洗涤［１８］是为了保持酚醛树脂的流动性），搅拌１０ｍｉｎ，静置分层，吸出上层水层，第６期宋东华等：硼改性酚醛树脂的制备及其耐热性能研究５３５㊀留下下层树脂，如此反复洗涤３次，然后在１４５ħ下真空脱水，压力为－０．０８ＭＰａ㊂１．２．２㊀硼酚醛树脂的制备本实验按照第二种路线合成硼酚醛树脂［１９］：１）按照一定的比例称取一定量的苯酚和３７．０％的甲醛溶液于１５０ｍＬ的三口烧瓶中，加入适量的５．０％的草酸，使溶液的ｐＨ＜３，温度升到７０ħ，反应１ｈ㊂２）加入苯酚质量５．０％的硼酸，升高温度到９５ħ后继续反应，待溶液在水中不扩散，即为反应终点㊂３）加入一定量的５．０％的ＮａＯＨ溶液中和使ｐＨ＝７．０，然后用１００ｍＬ蒸馏水洗涤搅拌１０ｍｉｎ，静置分层，吸出上层水层，留下下层树脂，如此反复洗涤３次，然后在１４５ħ下真空脱水，压力为－０．０８ＭＰａ㊂１．３㊀树脂固化１）酚醛树脂的固化：取酚醛树脂０．５ １．０ｇ，加入１０％的固化剂六次甲基四胺，搅拌均匀，控制升温速率为５ħ／１０ｍｉｎ至１５０ħ时保温固化１ｈ，取出研磨成粉，做好标记测试㊂２）硼酚醛树脂（ＢＰＦ）的固化：方法同酚醛树脂的固化㊂１．４树脂中游离酚的测定分析１．４．１㊀游离酚的测定㊀㊀１）配备溶液：０．１ｍｏｌ／Ｌ的溴化钾－溴酸钾标准溶液，０．１ｍｏｌ／Ｌ的硫代硫酸钠标准溶液㊂２）称取酚醛树脂１ｇ，溶于２０ｍＬ的无水乙醇，倒入烧瓶中，再加入１００ｍＬ的蒸馏水，在水蒸气发生瓶中加入２／３的蒸馏水，加热㊂溜出物收集于１０００ｍＬ的容量瓶中，反应至溜出物加溴水不生成沉淀为止，稀释至容量瓶刻度线㊂３）吸取２５ｍＬ溜出物溶液，移至３００ｍＬ的锥形瓶中，再加入２０ｍＬ的溴化钾－溴酸钾标准溶液和比重１．１９的盐酸５ｍＬ，塞好瓶塞摇匀，放置１５ｍｉｎ，然后加入２ｇ的ＫＩ摇匀静置１０ｍｉｎ，标定（用０．１ｍｏＬ／Ｌ的硫代硫酸钠标准溶液），呈浅黄色溶液时，再加淀粉指示剂约１ｍＬ摇匀，再滴定到颜色消失，终点完成㊂读取标定所用的硫代硫酸钠的体积Ｖ２㊂４）依法进行空白试验，读取体积Ｖ１（消耗硫代硫酸钠的量）㊂游离酚含量可以用下式计算得到：游离酚含量（％）＝（Ｖ１－Ｖ２）ＮＷˑ１５．６８１０００ˑ１０００２５ˑ１００＝６２．７２（Ｖ１－Ｖ２）ＮＷ㊀㊀Ｖ１ 空白实验用去标准溶液的体积，ｍＬ；Ｖ２ 试样实验用去标准溶液的体积，ｍＬ；Ｎ 标准溶液的浓度，ｍｏｌ／Ｌ；Ｗ 被测试样的质量，ｇ㊂１．４．２㊀树脂中游离酚测定的结果分析树脂中游离酚测定的结果列于表１中㊂从表１看出，目标产物（改性后的）游离酚含量平均值为２．２１％，改性前树脂的游离酚含量平均值为４．１２％㊂说明硼元素的引入改变了苯酚的活性，使之更多的参与反应，提高了树脂聚合度，从而使游离酚含量明显降低㊂表１㊀游离酚的测定Ｔａｂｌｅ１㊀Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｆｒｅｅｐｈｅｎｏｌ空白试验Ｖ１（Ｎａ２Ｓ２Ｏ３）／ｍＬ改性后树脂Ｖ２（Ｎａ２Ｓ２Ｏ３）／ｍＬ改性前树脂Ｖ２（Ｎａ２Ｓ２Ｏ３）／ｍＬ１３２．６８３２．２９３１．９４２３２．７０３２．３０３１．９２３３２．７２３２．２６３１．９０平均３２．７０３２．２８３１．９２游离酚含量％－２．２１４．１２２㊀结果与讨论２．１㊀红外表征㊀㊀将热塑性酚醛树脂研磨成粉末，采用溴化钾压片法，分辨率为４．０ｃｍ－１，扫描范围５００ ４０００ｃｍ－１，扫描次数３２次㊂结果如图３㊂从图３可以看出：３３５０ｃｍ－１为羟基Ｏ－Ｈ振动吸收峰；２９１１ｃｍ－１和２８４１ｃｍ－１为亚甲基的Ｃ－Ｈ键伸缩振动吸收峰；１２３０ｃｍ－１为芳环碳氧键伸缩振动峰；１４３２ｃｍ－１处为Ｏ－Ｈ弯曲振动峰；１５１３ｃｍ－１则为芳环上取代基的吸收峰；１６０２ｃｍ－１是由芳环上碳碳双键振动所引起的吸收峰㊂目标产物红外光谱图在１３６６ｃｍ－１出现一个中强度的吸收峰，而硼酸的ＩＲ谱图中没有该峰，排除了硼酸所产生的吸收峰，该峰是由硼氧键的伸缩振动所引起，说明硼酸与羟甲基苯酚发生了反应㊂羟甲基的特征吸收峰在１０１３ｃｍ－１体现㊂８２０ｃｍ－１的吸收峰与苯环的邻取代相关联；７５８ｃｍ－１的吸收峰与苯环的对位取代相关联㊂５３６㊀化㊀学㊀研㊀究２０２３年图３㊀硼改性酚醛树脂的红外光谱图Ｆｉｇ．３㊀Ｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｂｏｒｏｎｍｏｄｉｆｉｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ２．２㊀质谱表征用电喷雾质谱仪在正离子模式下将硼酚醛树脂进行测试结果为：ｍ／ｚ为２５６．６㊁３３０．６㊁３８１．５处所对应的分子离子峰（Ｍ＋Ｈ）＋分别为：测试结果表明硼参与了反应㊂２．３㊀热重测试在惰性气体中对固化样品进行热重测试㊂其方法是：控制升温速率为１０ħ／ｍｉｎ，升温至８００ħ㊂结果如图４㊂图４㊀酚醛树脂硼改性前后的热重曲线Ｆｉｇ．４㊀Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃｃｕｒｖｅｏｆｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｂｏｒｏｎｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ从图４可以看出：硼改性后的酚醛树脂的耐热性优于改性前的酚醛树脂㊂改性前酚醛树脂失重１０％时的热分解温度约为３３６ħ，失重２０％时的热分解温度为４１２ħ㊂ＢＰＦ失重１０％时的热分解温度为３７５ħ，失重２０％时的热分解温度为４６８ħ，提高了５６ħ㊂因为ＢＰＦ中含有硼的立体网状结构，交联密度增大，故相比酚醛树脂，ＢＰＦ的耐热性更高；一般酚醛树脂是通过碳碳键连接苯环，碳碳键的键能为３４７ｋＪ㊃ｍｏｌ－１，而ＢＰＦ主要是通过硼氧键连接苯环，硼氧键的键能为５２３ｋＪ㊃ｍｏｌ－１，高温下ＢＰＦ表面易于形成网状结构－碳化硼绝热层，防止热量向内扩散，形成了保护层，故耐热性有大的提升㊂３㊀结论通过实验测定表明，本研究的创新主要体现在以下三个方面，一是游离酚降低了近一半，从而提高了产率，降低了成本，树脂的等级得到了较大的提升，降低了游离酚给环境带来的污染，提高了应用的环保等级及生产过程的清洁环保等级；二是失重温度提高了５６ħ，达到了预期目的；三是进一步拓宽了应用领域，克服了原有的应用缺陷，具有很好的发展及应用前景；本研究的特点是没有改变原有设备及工序，原有的设备仍然可用，不需要增加新的设备和投资，这样可以加速产品的工业化进程㊂参考文献：［１］江立鼎，张健，刘智伟．酚醛树脂耐热改性研究进展［Ｊ］．山东化工，２０２１，５０（５）：１００⁃１０１．第６期宋东华等：硼改性酚醛树脂的制备及其耐热性能研究５３７㊀ＪＩＡＮＧＬＤ，ＺＨＡＮＧＪ，ＬＩＵＺＷ．Ｎｅｗｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｈｅａｔ⁃ｒｅｓｉｓｔａｎｔｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＳｈａｎｄｏｎｇＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ，２０２１，５０（５）：１００⁃１０１．［２］许国娟，贾晨辉，陈敬菊，等．酚醛树脂的耐冲击增韧改性及其固化动力学研究［Ｊ］．复合材料科学与工程，２０２２（４）：１０４⁃１１０．ＸＵＧＪ，ＪＩＡＣＨ，ＣＨＥＮＪＪ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｉｍｐａｃｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎａｎｄｉｔｓｃｕｒｉｎｇｋｉｎｅｔｉｃｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２２（４）：１０４⁃１１０．［３］许国娟，陈敬菊，潘天池，等．酚醛树脂耐热改性的研究进展［Ｊ］．复合材料科学与工程，２０２１（８）：１２０⁃１２８．ＸＵＧＪ，ＣＨＥＮＪＪ，ＰＡＮＴＣ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｈｅａｔ⁃ｒｅｓｉｓｔａｎｔｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１（８）：１２０⁃１２８．［４］ＡＲＵＴＣＨＥＬＶＡＮＶ，ＫＡＮＡＫＡＳＡＢＡＩＶ，ＥＬＡＮＧＯＶＡＮＲ，ｅｔａｌ．ＫｉｎｅｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｐｈｅｎｏｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｕｓｉｎｇＢａｃｉｌｌｕｓｂｒｅｖｉｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｚａｒｄｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００６，１２９（１／３）：２１６⁃２２２．［５］ＡＲＵＴＣＨＥＬＶＡＮＶ，ＫＡＮＡＫＡＳＡＢＡＩＶ，ＮＡＧＡＲＡＪＡＮＳ，ｅｔａｌ．Ｉｓｏｌａｔｉｏｎａｎｄｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｎｏｖｅｌｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｐｈｅｎｏｌｄｅｇｒａｄｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａｌｓｔｒａｉｎｓｆｒｏｍｐｈｅｎｏｌ⁃ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅｒｅｓｉｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｗａｓｔｅｗａｔｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｚａｒｄｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００５，１２７（１／３）：２３８⁃２４３．［６］伍林，欧阳兆辉，曹淑超，等．酚醛树脂耐热性的改性研究进展［Ｊ］．中国胶粘剂，２００５，１４（６）：４５⁃４９．ＷＵＬ，ＯＵＹＡＮＧＺＨ，ＣＡＯＳＣ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｔｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＡｄｈｅｓｉｖｅｓ，２００５，１４（６）：４５⁃４９．［７］杨阶桐，徐雨，王斌，等．热塑性酚醛树脂的改性研究进展［Ｊ］．塑料工业，２０２３，５１（１）：１２⁃２２．ＹＡＮＧＪＴ，ＸＵＹ，ＷＡＮＧＢ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｔｈｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＰｌａｓｔｉｃｓＩｎｄｕｓｔｒｙ，２０２３，５１（１）：１２⁃２２．［８］刘安斐，焦明立，尹耀文，等．不饱和脂肪烃改性酚醛树脂研究进展［Ｊ］．高分子材料科学与工程，２０２２，３８（１０）：１７６⁃１８２．ＬＩＵＡＦ，ＪＩＡＯＭＬ，ＹＩＮＹＷ，ｅｔａｌ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｆａｔｔｙｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｍｏｄｉｆｉｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ［Ｊ］．ＰｏｌｙｍｅｒＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２２，３８（１０）：１７６⁃１８２．［９］ＡＢＤＡＬＬＡＭＯ，ＬＵＤＷＩＣＫＡ，ＭＩＴＣＨＥＬＬＴ．Ｂｏｒｏｎ⁃ｍｏｄｉｆｉｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎｓｆｏｒｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒ，２００３，４４（２４）：７３５３⁃７３５９．［１０］ＢＩＪＷＥＪ，ＮＩＤＨＩ，ＭＡＪＵＭＤＡＲＮ，ｅｔａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｍｏｄｉｆｉｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎｓｏｎｔｈｅｆａｄｅａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｗｅａｒ，２００５，２５９（７／１２）：１０６８⁃１０７８．［１１］ＨＯＳＣ，ＣＨＥＲＮＬＩＮＪＨ，ＪＵＣＰ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐｈｅｎｏｌｉｃｃｏｎｔｅｎｔｏｎｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃａｒｂｏｎｉｚｅｄｃｏｐｐｅｒ⁃ｐｈｅｎｏｌｉｃｂａｓｅｄｆｒｉｃｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．Ｗｅａｒ，２００５，２５８（１１／１２）：１７６４⁃１７７４．［１２］ＫＩＭＳＪ，ＪＡＮＧＨ．Ｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗｉｔｈａｒａｍｉｄｐｕｌｐ［Ｊ］．ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２０００，３３（７）：４７７⁃４８４．［１３］何金桂，薛向欣，李勇．硼酚醛树脂的合成及应用研究进展［Ｊ］．辽宁化工，２０１０，３９（１）：４８⁃５１．ＨＥＪＧ，ＸＵＥＸＸ，ＬＩＹ．Ａｄｖａｎｃｅｉｎｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｂｏｒｏｎｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ［Ｊ］．ＬｉａｏｎｉｎｇＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ，２０１０，３９（１）：４８⁃５１．［１４］焦成成．双改性酚醛树脂／丁基橡胶阻尼复合材料的制备与性能［Ｄ］．镇江：江苏大学，２０２０．ＪＩＡＯＣＣ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｄｏｕｂｌｅｍｏｄｉｆｉｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ／ｂｕｔｙｌｒｕｂｂｅｒｄａｍｐｉｎｇｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｄ］．Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ：ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０２０．［１５］许国娟，贾晨辉，刘晶，等．酚醛树脂增韧改性研究进展及应用现状概述［Ｊ］．复合材料科学与工程，２０２１（９）：１１８⁃１２８．ＸＵＧＪ，ＪＩＡＣＨ，ＬＩＵＪ，ｅｔａｌ．Ｔｏｕｇｈｉｎｇｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｄｏｐｍｅｎｔａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓｏｆｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１（９）：１１８⁃１２８．［１６］方红霞，吴强林，丁运生，等．高软化点低游离酚热塑性酚醛树脂的合成与表征［Ｊ］．工程塑料应用，２０１１，３９（１１）：４０⁃４３．ＦＡＮＧＨＸ，ＷＵＱＬ，ＤＩＮＧＹＳ，ｅｔａｌ．ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｎｏｖｏｌａｃＰＦｗｉｔｈｈｉｇｈｓｏｆｔｅｎｉｎｇｐｏｉｎｔａｎｄｌｏｗｆｒｅｅｐｈｅｎｏｌ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｌａｓｔｉｃｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，２０１１，３９（１１）：４０⁃４３．［１７］柳传宏，谢柳欣，左继成．氢氧化钡催化合成可发性酚醛树脂的工艺研究［Ｊ］．辽宁化工，２０２０，４９（１）：１６⁃１８．ＬＩＵＣＨ，ＸＩＥＬＸ，ＺＵＯＪＣ．Ｓｔｕｄｙｏｎｓｙｎｔｈｅｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆｏａｍａｂｌｅｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｏｌｒｅｓｉｎｗｉｔｈｂａｒｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅｃａｔａｌｙｓｔ［Ｊ］．ＬｉａｏｎｉｎｇＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ，２０２０，４９（１）：１６⁃１８．［１８］易新龙，冯安妮，邵文尧，等．硼改性酚醛树脂的合成及其模塑料力学性能研究［Ｊ］．材料导报，２０１５，２９（１６）：５２⁃５７．ＹＩＸＬ，ＦＥＮＧＡＮ，ＳＨＡＯＷＹ，ｅｔａｌ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｂｏｒｏｎｍｏｄｉｆｉｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｉｔｓｍｏｌｄｉｎｇｐｌａｓｔｉｃｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｐｏｒｔｓ，２０１５，２９（１６）：５２⁃５７．［１９］肖永昌，刘彩召，孙明明，等．新酚树脂的合成及其性能研究［Ｊ］．化学与粘合，２０２３，４５（１）：２１⁃２４．ＸＩＡＯＹＣ，ＬＩＵＣＺ，ＳＵＮＭＭ，ｅｔａｌ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｘｙｌｏｋ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＡｄｈｅｓｉｏｎ，２０２３，４５（１）：２１⁃２４．［责任编辑：郭续更］。

硼改性酚醛树脂的合成及其复合材料的性能
硼改性酚醛树脂是一种复合材料，它是将传统的酚醛树脂与硼改性剂通过化学反应而
得到的新型材料。

硼改性酚醛树脂由传统的酚醛树脂与硼改性剂混合而组成，它具有良好
的力学性能、高耐热性能和久抗老化性能，是一种比较优良的工程新型材料。

主要用途：硼改性酚醛树脂的主要用途在于其能够上抗很好的耐热性和耐化性。

此外，它还能使用在透明塑料材料和通用复合材料，例如电线电缆、玻璃熔接和真空物体等，以
增加其电保护能力。

硼改性酚醛树脂也常用于生产飞机及船舶零部件和元件，特别用于制
造机身外壳部件和电气绝缘器件。

硼改性酚醛树脂的合成：硼改性酚醛树脂的合成需要两步：首先，需要将苯酚醛树脂
和硼酸钠混合，在加热的情况下将它们化学反应，得到改性的苯酚醛树脂；其次，在将改
性苯酚醛树脂和硼酸钠混合后，加入适量的双氧水，将它们进行化学反应，即可形成最终
的硼改性酚醛树脂。

综上所述，硼改性酚醛树脂是一种拥有优异惰性能、高耐热性和久抗老化性的复合材料，广泛应用于电子电器、航空航天工程、车辆制造等领域，并具有很好的应用前景，为
电子电器、航空航天工程和车辆制造等行业提供了新的复合材料。

酚醛树脂的热改性方法及研究进展
蒋海云;杭祖圣;王继刚;吴申庆
【期刊名称】《材料工程》
【年(卷),期】2011(000)010
【摘要】酚醛树脂是一种传统的合成树脂,在诸多行业有着广泛的应用.提高酚醛树脂的耐热性一直是业内研究的热点.系统介绍了国内外提高酚醛树脂耐热性所采取的改性方法,以及所取得的研究成果.提出了今后酚醛树脂耐热改性的主要研究方向是进一步提高PF在400～700℃时的结构热稳定性,并开发出良好的改性剂组合、优化热处理工艺,使酚醛树脂分别在低、中、高温区均具有较稳定的结构与性能.【总页数】6页(P91-96)
【作者】蒋海云;杭祖圣;王继刚;吴申庆
【作者单位】湖南工业大学包装与材料工程学院,湖南株洲412007;南京工程学院材料工程学院,南京211167;东南大学材料科学与工程学院,南京211189;东南大学材料科学与工程学院,南京211189
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
【相关文献】
1.纤维编织增强酚醛树脂基热防护材料研究进展 [J], 高守臻;任有文;马开宝;李大勇;魏化震;孔韬;王晓立;辛全友;赵志安
2.热致性液晶聚合物/酚醛树脂/氧化石墨烯混杂复合材料的性能研究 [J], 徐伟华;
韦春;吕建;苏乐;曾思华
3.酚醛树脂高性能化改性方法 [J], 张春美;潘祥义
4.酸性固化剂对铸造3D打印用热硬化酚醛树脂使用性能的影响 [J], 邢金龙;张宏凯;张茜
5.酚醛树脂及含硼酚醛树脂热裂解和碳化研究进展 [J], 王亚楠;李兆;曹静;吴坤尧因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。