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酚醛树脂是现在广泛采用的胶粘剂,该胶粘剂具有粘接强度高,耐热性、耐侯性好等优点,但其存在制造成本高、固化反应速率低以及固化后颜色深等缺陷。
针对这一问题,许多人采用多种途径对其进行化学改性,产生出了很多新的产品。苯酚-尿素-甲醛(PUF)树脂不但降低了生产价格,同时也降低了游离酚和游离醛含量,改善了酚醛树脂胶的一些性能。本研究对PF树脂和PUF树脂的制备工艺和性能等方面进行分析比较,对比了这两种树脂的结构和性能差异。
本研究的主要内容如下:
1.不同合成工艺下PF树脂性能比较;
2.不同合成工艺下PUF树脂性能比较;
3.PF树脂胶粘剂和PUF树脂胶粘剂结构特征比较;
4.PF树脂胶粘剂和PUF树脂胶粘剂分子组分对比。
通过以上几个方面的研究,对PF和PUF共缩聚树脂的性能差异、结构特征及分子组分差异有了一定的了解。
对传统树脂而言,通过改变树脂的合成工艺,可以获得不同的性能,但很难提高树脂固化性能。由热塑性酚醛树脂出发制备热固性酚醛树脂,其主要目的在于通过合理的合成路线设计,在合成反应中保留反应活性较高的对位,从而提高固化阶段的反应速度。
本文采用不同路线分别合成了4种PF树脂和PUF树脂,对其性能和结构特征及分子组分进行比较,主要得出以下结论:
1)在粘度相近,其他条件不变的情况下,采用相同路线合成的PF树脂和PUF树脂中各项性能比较均与酚醛树脂经典理论相一致。
2)在最终F/P摩尔比相同的情况下,采用常规工艺合成的PF树脂与由热塑性树脂出发合成的PF树脂比较,结果表明由热塑性树脂出发合成的PF树脂的游离醛和游离酚含量降低,固化时间增加,胶合强度降低,采用常规工艺合成的PUF树脂与由热塑性树脂出发合成的PUF树脂比较,结果表明由热塑性树脂出发合成的PUF树脂的游离醛和游离酚含量降低,固化时间减少,胶合强度降低。
3)在最终F/P摩尔比相同的情况下,采用常规工艺合成的PF树脂中游离甲醛和游离苯酚含量都低于混合树脂中的游离甲醛和游离苯酚含量,采用常规工艺合成的PF树脂的固化时间明显多于混合树脂,混合树脂具有更优异的干状和湿状胶合强度,而PUF树脂的比较结果与PF树脂相似。
4)3种工艺中PUF树脂的固化时间都少于PF树脂的固化时间,也就是PUF树脂比PF树脂的固化速度要快,说明尿素参与反应能够提高树脂的固化速度;对于游离醛含量来说,PUF树脂的游离醛含量明显少于PF树脂的游离醛含量,加入尿素有利于降低树脂中游离醛的含量,游离醛含量降低的同时,游离酚含量有少许的增加,所以尿素添加量的多少还有待进一步的研究;在3种合成工艺中,PUF树脂的干状胶合强度都明显优于PF树脂的干状胶合强度,由热塑性树脂出发合成的PUF树脂的湿状胶合强度与PF树脂相比有稍微的减少,其他两种合成工艺中PUF树脂的湿状胶合强度都高于PF树脂。
5)结构特征分析比较表明常规工艺合成的PF树脂中的邻对位比值比由热塑性树脂出发合成的PF树脂中的邻对位比值要高,常规工艺合成的PF树脂中的羟甲基结构的含量多于由热塑性树脂出发合成的PF树脂的羟甲基的含量。这是导致两者性能差异的结构因素;两种工艺下合成PUF共缩聚树脂结构差别不大,且都是以酚醛树脂为主体,因此可以解释为什么PUF树脂的表现与传统的PF树脂相似。
6)分子组分分析对比表明PUF树脂中,苯酚、尿素和甲醛三种原料之间共缩聚反应的存在,且碱性环境中的共缩聚反应,连接方式主要为Ph-CH2-N(CH2-)CO-,共缩聚结构形成于合成反应初期。
有关共缩聚反应形成原理、共缩聚反应控制措施、共缩聚反应对最终树脂胶合性能的影响需要进一步评估。