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酚醛泡沫(Phenolic Foam,简称PF)是由酚醛树脂和发泡剂、固化剂、表面活性剂、泡沫稳定剂等助剂发生固化反应,反应放热使发泡剂受热气化、气体均匀分散在树脂中而成的泡沫材料。酚醛泡沫具有的低烟无毒、阻燃性好、燃烧时无滴落物、残炭量高等优点,在建筑节能、石油化工管道、保温材料和交通工具的结构内饰材料等领域都有广泛的应用。木质素是可再生的天然生物质资源,它具有储量巨大、对环境友好、成本低廉、附加值高等优势,同时它具有和苯酚相似的化学结构,在一定程度上减轻了对石油化工原料的依赖,因此被作为苯酚的替代物而受到广泛研究。纳米二氧化硅表面富含羟基,可与酚醛树脂中的大分子彼此结合形成网状结构,增强酚醛树脂的力学强度;同时利用纳米二氧化硅因尺寸效应导致的淤渗作用使得纳米二氧化硅与酚醛树脂分子中的电子云相互作用,进而改善酚醛树脂的稳定性。本文以正硅酸四乙酯为硅源,苯酚为溶剂,通过溶胶-凝胶法水解缩合成了纳米二氧化硅。FT-IR结果表明水解产物含有二氧化硅的特征官能团;XRD结果说明二氧化硅为非晶态的无定形结构;采用动态光散射仪对水解产物的粒径进行了测试,结果显示粒径位于100 nm~800 nm之间,且纳米颗粒均匀度良好;通过甲醛消耗量法对水解产物进行活性分析,从游离甲醛含量和质量变化均可以看出纳米二氧硅苯酚体系活性高于纯苯酚,并最终确定最佳水解时间为1 h,活性反应时间为1 h。纳米二氧化硅通过缩聚反应和分子间作用力引入到酚醛树脂中,并对纳米二氧化硅/酚醛树脂的各项性能进行测试。红外光谱分析证实了纳米二氧化硅与酚醛树脂发生了反应,生成了Si-O-C键。热重分析表明了纳米二氧化硅/酚醛树脂中键能更大的Si-O-C键对热稳定性起着积极的影响,树脂化学键断裂所需要的能量越大,性能越稳定,分解温度和热稳定性:PR-0.5(纳米二氧化硅占酚醛树脂质量的0.5%,以下类推)>PR-0.7>PR-0.2>PR-1>PR-0.1>PR-0;DSC分析结果显示PR-0、PR-0.1、PR-0.2、PR-0.5、PR-0.7和PR-1的峰值温度分别为150.7、155.5、174.4、179.5、170.4和168.8oC,峰值温度越高,结构稳定性越好。因此PR-0.5的结构稳定性最好;PR-0的游离酚和游离醛含量分别是6.89%和7.56%,PR-0.5的游离酚和游离醛含量分别为4.83%和5.06%,为最小值;PR-0、PR-0.1、PR-0.2、PR-0.5、PR-0.7和PR-1的羟甲基含量分别为36.3%、37.5%、38.1%、40.8%、39.5%和38.6%。酚醛树脂黏度分析结果表明树脂黏度先增加后减小。苯酚用木质素部分替代,制备了二氧化硅/木质素基酚醛泡沫,并对一系列改性酚醛泡沫的热稳定性、泡孔均匀度、内部规整度、机械强度、韧性、阻燃性能和燃烧性能等做了表征。热重分析结果表明高温下泡沫材料的热稳定性为LPF-0.5(纳米二氧化硅占木质素酚醛泡沫质量的0.5%,以下类推)>LPF-0.7>LPF-1>LPF-0.2>LPF-0.1>LPF-0;扫描电镜分析结果表明LPF-0.5的泡孔均匀度更好,排列更致密,开孔率更低,泡壁呈现规则的多边形状;X射线衍射分析结果表明二氧化硅的特征衍射峰出现在2θ=22.8°附近,且峰中有诸多毛刺,说明该峰为无定形的非晶结构。酚醛泡沫的密度为60~65 kg/m3,压缩强度测试结果表明LPF-0的压缩强度最小,为0.252 MPa,LPF-0.5的压缩强度最高,为0.322 MPa,提高了28%。另外,酚醛泡沫的韧性可以由应力-应变下面的积分面积来表征,积分面积最大值为LPF-0.5的2.454,最小值为LPF的2.031。同时LPF-0的粉化率为19.2%,LPF-0.5的粉化率为14.1%;采用临界氧指数仪和锥形量热仪对泡沫的阻燃性能和燃烧性能进行了表征。结果表明泡沫LPF-0、LPF-0.1、LPF-0.2、LPF-0.5、LPF-0.7和LPF-1的临界氧指数均在42以上;在热释放速率(HRR)、有效燃烧热(EHC)和总热释放量(THR)等燃烧参数的分析中,LPF-0.5分别为19.14Kw/m~2、8.14 KJ/Kg和4.2 Kw/m~2,均优于其它改性泡沫。