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本文分三个部分:一、硼改性酚醛树脂的合成部分,确定了较适宜的合成条件;二、对树脂进行性能测定及结构表征,以验证所得树脂的性能;三、初步探索了适宜条件下硼改性酚醛树脂的合成动力学。
试验先以苯酚、甲醛为主要原料,在碱性催化剂的作用下,生成含羟甲基的水杨醇,然后加入硼酸作为第三单体,通过自身的调节改变体系的pH值,在酸性环境下生成热塑性硼改性共聚酚醛树脂。经试验得到最适宜的反应条件为:第一步,以Na<,2>CO<,3>为催化剂(用量为苯酚加入量的5%),原料配比为苯酚:甲醛=1:1.3,反应温度控制在70~75℃,反应时间2h;第二步苯酚:硼酸=1:0.3,反应温度控制在102℃,反应时间3h。
在确定的反应条件下合成硼改性酚醛树脂,对树脂进行性能测定:红外光谱验证了硼元素以B-O键的形式存在于树脂结构中;DSC和TG考查了树脂的抗氧化能力及耐热性能;用化学方法测定了树脂中的游离酚含量、游离甲醛含量、水分含量及固含量;试验测定树脂的平均分子量,并通过GPC测定树脂的平均分子量分布。试验结果表明:由于硼改性酚醛树脂结构中存在B-O键,其具有比传统树脂更好的抗氧化能力及耐热性能,其产品中游离酚含量、游离甲醛含量均小于3%,水分含量小于1%,固含量高于65%。试验测定树脂的平均分子量范围在3000~7000,并通过GPC测定加以验证。
本文采用分步讨论的方法初步探索了在最适宜合成条件下硼改性酚醛树脂的合成动力学。第一步反应中结合Flory等活性理论和体型缩聚反应的实际特点,研究了甲醛与苯酚在碳酸钠催化下生成水杨醇的反应机理,并研究了此过程体系中羟甲基含量、pH值、甲醛浓度随时间的变化趋势;在第二步反应中,通过估算体系中不同时间的反应程度,测定体系PH值随时间的变化趋势对该过程进行了动力学分析。此方法具有避免对反应过程中产生的多种中间产物的定性定量测量,缺点是试验误差相对较高,可为今后关于体型缩聚反应机理方面的深入研究提供一定参考。