甲醛交联聚乙烯醇—碱木质素发泡材料（PAFM）的制备及性能研究

发布时间：2018-11-13 16:30

【摘要】：本研究是国家林业局林业公益性行业科研专项“木质素/PVA复合树脂材料制备技术与示范”(20120480306)和国家自然科学基金(30901135)的部分研究内容。工业碱木质素来源广泛,由于其分子量分布多分散性及反应活性低等缺点,一直未得到充分利用。近几年,人们认识到碱木质素具有无毒、耐候、抗紫外线辐射、热和光稳定性及可生物降解等优点,利用碱木质素对聚乙烯醇缩甲醛发泡材料进行改性,可改善其性能并降低成本,为碱木质素有效利用提供有益探索。本文制备了甲醛交联聚乙烯醇-碱木质素发泡材料(PAFM)、耐热型聚乙烯醇-碱木质素发泡材料(TPAFM)和耐热/阻燃型聚乙烯醇-碱木质素发泡材料(TFPAFM),研究结果如下：采用碳酸氢钠/碳酸钠(NaHCO3/Na2CO3)发泡剂,甲醛交联聚乙烯醇(PVA2488)和碱木质素,制备了PAFM,以PAFM的力学性能作为优化指标,确定了最优方案：PVA2488 1g,碱木质素含量0.33g,固化温度120℃、甲醛(40%)0.8mL、硫酸(4mol/L) 1.2mL。比较了NaHCO3/Na2CO3发泡剂、偶氮二甲酰胺(AC)发泡剂和淀粉复合发泡剂(淀粉-NaHCO3/Na2CO3)3种发泡剂对PAFM的力学性能、表观密度和吸水倍率的影响,结果表明：对于NaHCO3-Na2CO3发泡剂、AC发泡剂和淀粉-NaHCO3-Na2CO3发泡剂,最优用量(质量分数,下同)分别为3.0%、3.0%和4.0%。采用傅立叶红外变换光谱仪(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)和热重(TG)对3种发泡剂最优条件下制备的PAFM进行了表征,结果表明：NaHCO3-Na2CO3发泡剂用量为3.0%时,PAFM具有较高的力学性能、孔隙结构、相容性和热稳定性。论文还考察了PVA聚合度(PVA1788和PVA2488)对PAFM力学性能、表观密度和吸水倍率的影响,采用FT-IR、SEM、DSC和TG对PAFM进行表征。结果表明,PVA2488-PAFM具有较强的力学性能和表观密度、较低的吸水性能,孔隙发达,成型性和相容性好,更易于热降解,降解率高。为拓展PAFM的应用领域,以溶胶-凝胶的方式引入正硅酸乙酯(T EOS)的水解产物,制备了T PAFM,探讨了二氧化硅(Si02)含量对性能的影响,采用FT-IR、SEM、 DSC和TG对TPAFM进行了表征。结果表明：Si02的加入降低了PAFM的拉伸强度和吸水倍率,但断裂伸长率得到提升;同时,改善了PAFM的孔隙结构,提升了热稳定性,初始降解温度增加近100℃,相容性良好。当SiO2的含量为10%时,TPAFM综合性能较好。阻燃性能是发泡材料在实际应用中重要的衡量标准,以共混的方式将FRW-阻燃剂(主要由磷酸脒基脲和硼酸组成)引入到TPAFM中,制备了TFPAFM。讨论了FRW-阻燃剂用量对TFPAFM性能的影响,采用FT-IR、SEM、DSC和TG进行表征。结果表明：FRW-阻燃剂的加入增强了材料的拉伸强度、断裂伸长率和表观密度,降低了吸水性能和线性燃烧速率,垂直燃烧性能实验显示FRW-阻燃剂含量在4.0%时,其燃烧时间较长且残余量较少；FRW-阻燃剂的加入提升了TPAFM的热解温度,增强了TPAFM的耐热性能,破坏了TPAFM的孔隙结构,但对其相容性没有明显变化。因此,在FRW-阻燃剂含量为4.0%时,综合性能最佳。
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【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ328;O636.2

【参考文献】