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总体介绍酚醛泡沫保温材料酚醛泡沫塑料是一种新型难燃、防火低烟保温材料，它是由酚醛树脂加入阻燃剂、抑烟剂、发泡剂、固化剂及其它助剂制成的闭孔硬质泡沫塑料。
它最突出的特点是难燃、低烟、抗高温歧变。
它可以现场浇注发泡、可模制、也可机械加工，可制成板材、管壳及各种异型产品。
它克服了原有泡沫塑料型保温材料易燃、多烟、遇热变形的缺点，保留了原有泡沫塑料型保温材料质轻、施工方便等特点。
酚醛泡沫塑料原料来源丰富，价格低廉，而且生产加工简单，产品用途广泛。
它适用于大型冷库、贮罐、船舶及各种保温管道和建筑业。
如果用于防火要求严格的厂矿及机械设备，更能突出它难燃、低烟、抗高温歧变的特点。
如：轮船、军舰、火车、装甲车的保温以及造纸、化工、制药等方面。
酚醛泡沫简介：酚醛泡沫保温材料常简称为酚醛泡沫。
酚醛泡沫是以酚醛树脂和阻燃剂、抑烟剂、固化剂、发泡剂、及其它助剂等多种物质，经科学配方制成的闭孔型硬质泡沫塑料。
酚醛泡沫具有以下优异的性能：1、具有均匀的闭孔结构，导热系数低，绝热性能好，与聚氨酯相当，优于聚苯乙烯泡沫；2、在火焰的直接作用下具有结碳、无滴落物、无卷曲、无熔化现象，火焰燃烧后表面形成一层“石墨泡沫”层，有效地保护层内的泡沫结构，抗火焰穿透时间可达1小时；3、适用的温度范围大，短期内可在-200℃~200℃下使用，可在140℃~160℃下长期使用，优于聚苯乙烯泡沫（80℃）和聚氨酯泡沫（110℃）；4、酚醛分子中只含有碳、氢、氧原子，受到高温分解时，除了产生少量CO气体外，不会再产生其他有毒气体，最大烟密度为5.0%。
25mm厚的酚醛泡沫板在经受1500℃的火焰喷射10min后，仅表面略有碳化却烧不穿，既不会着火更不会散发浓烟和毒气；5、酚醛泡沫除了可能会被强碱腐蚀外，几乎能够耐所有无机酸、有机酸、有机溶剂的侵蚀。
长期暴露于阳光下，无明显老化现象，因而具有较好的耐老化性；6、具有良好的闭孔结构，吸水率低，防蒸汽渗透力强，在作为隔热目的（保冷）使用时，不会出现结露；7、尺寸稳定，变化率小，在使用温度范围内尺寸变化率小于4%；8、酚醛泡沫的成本低，仅相当于聚氨酯泡沫的三分之二。
项目背景：由于有机高分子的先天结构因素，大部分类型阻燃性能不佳，甚至成为消防安全隐患。
如输冷供热系统保温材料、轻质墙体和军用多个领域对材料的阻燃性能均有很高要求，尤其易发生火灾的化工、石油、建筑等对有机高分子材料的阻燃性更为严格。
酚醛泡沫塑料是一种物美价廉的轻质、绝热有机高分子材料，是目前泡沫塑料中发展最快的品种之一。
酚醛泡沫塑料其导热系数一般在0.02～0.04W／(m·K)，与硬质聚氨酯泡沫塑料相当，它的耐热性能和防火性能却大大优于其它泡沫塑料，具有难燃（临界氧指数较高，可达35～40）、烟雾度低（烟密度小于50）、适用温度范围大(-150～200℃ )、耐热（可在140～160℃下长期使用）、抗火焰穿透、遇火无滴落物、耐化学腐蚀等优点，是一种具有优异综合性能的保冷、隔热材料，特别适用于易发生火灾的化工、石油、建筑等所需的隔热保温材料。
从二十世纪八十年代起，国外对酚醛泡沫的研究进展飞快，并研制成功连续复合板材生产线及发泡设备，1985年世界总产量已达2万吨。
国内则从九十年代中开始起步，近几年研究、开发渐入佳境。
以风管市场为例，随着多家单位相继从国际引进酚醛泡沫复合板生产线，2001年时酚醛泡沫占市场0.1%，2005年则达到2%，2006年的市场占有率约10％，大有淘汰无机玻璃钢、镀锌板等传统风管之势。
酚醛泡沫材料在输冷供热系统保温材料、轻质墙体和军用多个领域等均有应用前景。
与其它材料相比，酚醛泡沫的刚性结构决定其存在着脆性大的明显缺点，这就不可避免地限制其广泛使用。
采用本项目产品用于酚醛发泡材料的生产，保持其阻燃性能的同时显著提高了其韧性，将大大增加应用范围，市场推广前景良好。
国内对聚氨酯改性酚醛发泡材料的研究还不够深入，且多数尚处于试验室研发阶段。
本单位在十几年前就初步进行了酚醛改性聚氨酯的研究工作，为聚氨酯改性酚醛的研究积累了一定的经验，随后专注于聚氨酯预聚体及制品的研究开发，顺利完成了与聚氨酯相关的多项省级科研项目，并顺利实现了中试生产。
高性能化改性酚醛树脂的研究进展崔 杰 刘长丰(合肥工业大学化工学院,合肥 230009) 摘要 综述近年来国内外酚醛树脂(PF )增韧和耐热改性的研究进展,重点讨论了几种改性方法的特点、效果和作用机理;介绍了纳米材料在PF 改性中的应用,指出了目前PF 存在的问题和发展前景。
关键词 酚醛树脂 改性 增韧 耐热 纳米材料 酚醛树脂(PF )是世界上最先发现并实现工业化的合成树脂。
由于其原料易得、价格低廉、合成工艺及生产设备简单,且制品具有优异的力学性能、耐热性、电绝缘性和阻燃性等,因而广泛应用于复合材料、涂料、摩擦材料、粘合剂等领域。
但是随着工业经济的快速发展,对PF 的性能提出了越来越高的要求,例如,随着各种车辆及航空航天和其它国防尖端技术的发展,人们对高性能PF 基摩擦材料、隔热和耐烧蚀材料提出了更高的要求;还有一些工业部门则对PF 涂料、粘合剂提出了更为苛刻的耐高温、高强度和强粘接力的性能要求。
PF 的结构是两苯酚之间夹一亚甲基,这种结构造成刚性基团(苯环)密度过大、空间位阻大、链节旋转自由度小,致使纯PF 的耐冲击性能较差,即韧性差,同时因酚羟基和亚甲基容易氧化,耐热性也受到影响,因此对PF 进行改性提高其韧性和耐热性已成为PF 研究的核心内容。
笔者现主要综述近年来PF 在增韧、增强、耐热和摩擦磨损改性方面的研究进展。
1 PF 的增韧改性提高PF 韧性的主要途径为:(1)添加外增韧剂,如加入橡胶类弹性体和热塑性树脂等;(2)加入内增韧物质,使酚羟基醚化,在酚核间引入长的亚甲基链及其它柔性基团等;(3)用玻璃纤维、碳纤维和石棉等增强材料来改善脆性。
1.1 添加外增韧剂添加外增韧剂的主要方法是机械共混。
为了保证两者的相容性及均匀性,PF 和增韧剂需在一定温度下充分地混合,使两者发生热化学和力化学反应,但不能使PF 发生固化交联。
另外,须使PF 的溶解度参数δPF 尽量与增韧剂的溶解度参数δ相近,以保证两者具有一定的混溶性,因为当|δ-δPF —>0.5时,增韧剂和PF 便不能以任意比互溶,即开始相分离。
酚醛泡沫塑料研究Ξ李万利,李航昱,林 强,邹友思ΞΞ(厦门大学材料科学系,固体表面物理化学国家重点实验室,福建厦门361005) 摘要:针对影响酚醛泡沫性质的众多参数的不确定性,给出了可发泡性甲阶酚醛树脂的合成方法及酚醛泡沫塑料发泡典型配方;考察了反应温度及水含量对酚醛树脂粘度的影响,讨论了表面活性剂、发泡剂、固化剂及发泡温度对泡沫性能的影响。
结果表明:当表面活性剂用量为4%～7%,发泡剂用量为4%～10%,固化剂用量为8%～12%,发泡温度在70～80℃范围时,可制得较好的酚醛泡沫塑料。
关键词:酚醛树脂;泡沫塑料;性能 中图分类号:T Q32311 文献标识码:B 文章编号:1005-5770(2003)04-0050-03 酚醛泡沫塑料(PF )是由酚醛树脂加入表面活性剂、发泡剂、固化剂等多种加工助剂,经搅拌、发泡、熟化而成的泡沫塑料。
随着高层建筑、航空工业、交通运输以及空间技术的发展,对泡沫塑料的热稳定性和耐燃性的要求也越来越严格。
与PS 泡沫、PE 泡沫、PU 泡沫相比较,酚醛泡沫塑料具有难燃、自熄、低烟、耐火焰等优点,缺点是泡沫较脆,影响了产品的推广使用。
酚醛泡沫塑料制品的韧性和密度是决定其质量的关键。
但由于发泡及树脂合成过程的影响因素较多,易导致各批次产品密度相差较大,产品质量不稳定。
Baer 研究了密度与强度的关系,指出抗压强度随泡沫体密度的增大而明显增大,但没有给出具体的工艺参数[1]。
近年来,国内外对其原料、工艺及设备都进行了大量的研究工作,但有关的文献报道很少,专利[2～7]报道较多。
本文研究了可发泡性甲阶酚醛树脂的合成及发泡过程中的各个主要影响因素。
1 实验部分111 主要原料苯酚、甲醛、正戊烷、吐温80、对甲苯磺酸、磷酸均为AR 。
112 主要仪器及设备电子天平:BS110S d =011mg ,德国Sartorius ;真空烘箱:ZK 282B ,上海实验仪器总厂;旋转粘度计:ND J -1,上海天平总厂;发泡模具。
酚醛泡沫结构全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：酚醛泡沫是一种常见的泡沫结构材料，其具有优良的绝缘性能、耐高温性能和抗压性能，广泛应用于建筑、交通工具、电子产品等领域。
本文将介绍酚醛泡沫的结构特点、制作工艺及应用领域。
一、结构特点酚醛泡沫的组成主要是酚醛树脂和发泡剂。
酚醛树脂是一种有机高分子材料，具有高度的稳定性和强度，能够有效地固定泡沫结构。
发泡剂是通过化学反应在酚醛树脂中释放气体，形成气孔结构。
酚醛泡沫的结构特点主要包括以下几点：1.气孔结构均匀：酚醛泡沫的气孔大小和密度可以通过控制发泡剂的添加量和发泡温度来调节，从而实现不同密度和强度的泡沫结构。
2.绝缘性能优异：由于酚醛泡沫的气孔结构具有很好的隔热性能，因此具有良好的绝缘性能，可以有效地防止热量的传导。
3.耐高温性能好：酚醛泡沫具有很高的热变形温度，可耐受高温环境下的使用，不易软化变形。
4.抗压性能强：酚醛泡沫的密度和气孔结构决定了其抗压性能，在一定范围内可以承受较大的压力而不会塌陷。
二、制作工艺酚醛泡沫的制作工艺主要包括材料准备、配方设计、发泡和成型等步骤。
1.材料准备：首先需要准备酚醛树脂、发泡剂、硬化剂和其他辅助材料。
酚醛树脂是主要成分，发泡剂可以是气体或液体，硬化剂用来提高酚醛树脂的硬度和强度。
2.配方设计：根据产品的要求和性能需求，设计合适的配方比例，控制好各种材料的添加量和混合比例。
3.发泡：将酚醛树脂与发泡剂混合均匀后，放入模具中，经过加热或化学反应形成气孔结构，使泡沫膨胀成型。
4.成型：将发泡好的酚醛泡沫经过模具成型，冷却后可以切割、打磨或其它加工处理，得到成品。
三、应用领域酚醛泡沫具有优良的性能和廉价的生产成本，因此在各个领域都有广泛的应用。
1.建筑行业：酚醛泡沫可以用于墙体保温、隔音、隔热等用途，提高建筑物的能效，降低能耗。
2.交通工具：在汽车、火车、飞机等交通工具中，酚醛泡沫可以用于减震、隔音、降噪等方面，提高乘坐舒适度。
改性酚醛泡沫塑料制备和性能的研究
发表时间：2016-11-04T10:38:43.410Z 来源：《低碳地产》2016年8月第15期作者：刘广闻
[导读] 酚醛泡沫是一种新型不燃、防火低烟的保温材料，因其使用温度范围广、阻燃、保温性好等优点，受到广泛关注。
江门市道生工程塑料有限公司广东江门 529095
【摘要】酚醛泡沫是一种新型不燃、防火低烟的保温材料，因其使用温度范围广、阻燃、保温性好等优点，受到广泛关注。
但酚醛泡沫塑料性脆、韧性差、易掉渣，严重限制了它的宽领域应用。
文章试图通过实验，借助化学改性方法，分析酚醛泡沫塑料的性能变化，结果表明：在不对酚醛泡沫塑料的泡孔造成影响下，改性酚醛泡沫塑料热稳定性和阻燃性都得到改善，综合性能有所提高。
【关键词】改性酚醛泡沫塑料；应用领域；泡孔；综合性能
酚醛泡沫塑料是由PF树脂通过化学发泡而得到的一种硬质泡沫塑料，具有优异隔热性、阻燃性、低烟、低毒、耐热、耐化学腐蚀的特点，得到人们的广泛重视。
但是酚醛树脂结构上的薄弱环节酚羟基和亚甲基易氧化，使其泡沫体存在强度低、脆性大、易掉粉、不耐弯曲等问题，限制了酚醛泡沫塑料的应用。
现有研究表明，通过改性可改善泡沫塑料的力学性能、热性能、阻燃性能等，使其在更为广阔的领域得到广泛应用。
因而对其进行改性研究成为业内研究的热点。
1 实验部分
1.1 主要原材料
实验备置：苯酚、37%～40%甲醛溶液、吐温–80、正戊烷；
双氰胺、6mol/L盐酸溶液、50%硫酸溶液、20%氢氧化钠溶液：自制。
1.2 主要仪器与设备
恒温水浴锅：WC/09–05型
旋转蒸发仪：RE52–98型
傅立叶变换红外光谱(FTIR)仪：Spectrum One型
扫描电子显微镜(SEM)：JSM–5500LV型
电子万能试验机：WSM–5KN型
悬臂梁冲击试验机：XJU–22型
热重/差热综合热分析仪：Diamond TG/DTA型
极限氧指数测定仪：JF–3型
1.3 酚醛树脂及其泡沫塑料的制备
将一定比例的苯酚、甲醛(物质的量之比为1：1.8)加入到三口瓶中，滴加20mL的20%NaOH溶液，使反应液呈一定的碱性(pH值在9～10范围内为宜)。
加入双氰胺改性剂(用量为苯酚质量的1%～6%)，首先使该反应在60℃下反应30min，使苯酚、双氰胺与甲醛发生充分的羟甲基化反应，提高其反应活性，为进一步聚合交联提供有利条件；升高温度至90℃发生聚合反应；50min后，结束反应。
用6mol/L盐酸溶液对反应液进行中和；将中和后的液体在旋转蒸发仪上旋蒸到一定黏度(5～7Pa·s)，以供发泡使用。
其它步骤不变，不加入双氰胺改性剂，制备未改性的酚醛树脂。
分别称量100g上述制备的改性和未改性酚醛树脂，在搅拌条件下，依次加入4g表面活化剂吐温–80，10g发泡剂正戊烷和3g固化剂50%H2SO4溶液，搅拌均匀后倒入模具中，在70℃下恒温发泡，固化成型，冷却脱模，得到改性和未改性酚醛泡沫塑料，其密度在
50kg/m3左右。
1.4 性能测试
FTIR分析：对制备的改性和未改性酚醛树脂进行水洗，以除去未反应的双氰胺和游离醛，通过溴化钾压片，将酚醛树脂涂布于溴化钾片上的方式进行FTIR测试。
SEM分析：用SEM观察改性和未改性酚醛泡沫塑料的微观形态，放大倍数为200倍。
压缩强度测试：按照GB/T8813–2008测试，试样尺寸为50mm×100mm×100mm，每组实验测试5次，取平均值。
冲击强度测试：按照GB/T1843–2008测试，试样尺寸为10mm×10mm×100mm，每组实验测试5次，取平均值。
粉化率测试：参照GB/T12812–2006对酚醛泡沫塑料进行粉化率测定。
试样尺寸为30mm×30mm×30mm，在试样上方固定一个200g 的砝码，在长度为130mm的360目(28～40μm)砂纸上往复拉动30次之后，用试样摩擦损失的质量除以试样摩擦前的质量，计算损失质量的百分数，用以表示粉化率。
每组实验测试5次，取平均值。
2 结果与讨论
2.1 经改性的酚醛树脂的结构
酚醛树脂的合成过程可以分为两个阶段，即羟甲基化反应阶段和缩合反应阶段。
当反应温度为60℃时，在碱性条件下，苯酚和双氰胺分别与甲醛发生羟甲基化反应，羟甲基化反应基本完成后，在90℃下，这些羟甲基化产物彼此间发生缩合反应，得到主要为线型的改性酚醛树脂结构。
纯酚醛树脂与3%双氰胺改性酚醛树脂的FTIR谱图如图1所示。
酚醛树脂是一种多羟基聚合物，其FTIR谱图中3300cm-1左右出现较为明显的宽峰，正是羟基中O–H键的伸缩振动吸收峰，这是改性前后酚醛树脂均有的吸收峰；双氰胺的化学结构中，主要是氨基经羟甲基化后再与苯环相连，其中以伯胺的反应为主，在双氰胺改性酚醛树脂的FTIR谱图中有明显体现，双氰胺的伯胺经过反应形成仲胺，仲胺的N–H键伸缩振动吸收峰出现在2180cm-1处，而纯酚醛树脂的
FTIR谱图未见到此吸收峰。
2.2 经改的材料压缩强度
图2为双氰胺用量对改性酚醛泡沫塑料压缩强度的影响。
由图2可以看出，纯酚醛泡沫塑料的压缩强度为0.033MPa，当双氰胺用量在1%～3%时，改性酚醛泡沫塑料的压缩强度随着双氰胺用量的增加逐渐增大；当双氰胺用量为3%时，改性酚醛泡沫塑料的压缩强度最大，达到0.046MPa，相对于纯酚醛泡沫塑料提高了39%；当双氰胺用量在4%～6%时，随着双氰胺用量的继续增加，改性酚醛泡沫塑料的压缩强度逐渐下降。
测试结果表明，双氰胺的用量应适度，
2.3 经改性的材料冲击强度
为了更加深入地研究改性酚醛泡沫塑料的力学性能，对其进行了冲击强度测试。
随着双氰胺用量的增加，改性酚醛泡沫塑料的冲击强度呈现先增大后减小的趋势，依然是双氰胺用量为3%时冲击强度达到最优值(3.36kJ/m2)，相对于纯酚醛泡沫塑料的冲击强度
(2.30kJ/m2)，提高了46%。
2.4 经改性的材料粉化率
脆性大一直是酚醛泡沫塑料较为明显的缺点，在很大程度上影响了它的应用。
粉化率可以用来反映材料的脆性。
纯酚醛泡沫塑料的粉化率接近6%，而改性酚醛泡沫塑料的粉化率有明显改善，降低到4%以下，当双氰胺用量为3%时，改性酚醛泡沫塑料的粉化率达到最低(2.13%)。
这一现象的出现是由于纯酚醛树脂是刚性苯环间以亚甲基相链，脆性较大，而双氰胺是一种开链分子，在一定程度上增加了改性酚醛树脂中的柔性链，使改性酚醛泡沫塑料在受到外力作用时，其受损程度下降。
2.5 经改性的材料微观形态
用SEM观察纯酚醛泡沫塑料和双氰胺用量为3%时改性酚醛泡沫塑料的微观形貌，结果如图3所示。
由图3可以看出，双氰胺的加入对改性酚醛泡沫塑料的泡孔结构并无明显的负面影响，泡孔的均一性和闭孔率基本没有受到影响，泡孔的形状依然呈现为六边形，由此可判断适量的双氰胺完全可以很好地融入到改性酚醛泡沫塑料体系中。
2.6 经改性的材料热失重分析
图4为3%双氰胺改性酚醛泡沫塑料和纯酚醛泡沫塑料的热失重分析曲线。
从图4可以看出，两种酚醛泡沫塑料在300℃时受热失重较缓，其质量保持率均能维持在80%以上，当温度达到340℃时，纯酚醛泡沫塑料发生明显的失重，而3%双氰胺改性酚醛泡沫塑料在370℃时
才开始快速失重。
2.7 经改性的材料极限氧指数
目前的一些研究，虽然增强了酚醛泡沫塑料的力学性能，但是极限氧指数有所下降。
双氰胺可以看作是一种氮系阻燃剂，随着其用量的增加，改性酚醛泡沫塑料的极限氧指数呈增大趋势。
可见，改性酚醛泡沫塑料的阻燃性更好。
但综合考虑其它方面的性能，双氰胺的用量不能太大，否则会影响酚醛泡沫塑料的其它性能，因此，选取双氰胺用量为3%，其改性酚醛泡沫塑料的极限氧指数达到38.5%。
3 结论
综上所述，酚醛泡沫塑料具有阻燃、隔热保温等系列优点，但它韧性差，易粉化，限制了其在各领域的广泛应用。
针对酚醛泡沫塑料的不足与缺陷，采用双氰胺作为化学改性剂，通过化学改性方法，制备出改性酚醛树脂，进而发泡得到改性酚醛泡沫塑料。
软件分析表明，经改性后的泡沫塑料脆性得到了降低，强度得到了提高，热稳定性以及阻燃性都得到了改善，综合性能良好，可有效解决这种材料在使用过程中的缺陷以及不足，进而促进在其他领域得到更为广泛的应用，获得良好的经济效益以及社会效益。
参考文献：
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