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酚醛樹脂的固化與分解研究（熱分析聯(lián)用技術(shù)和氣體分析）
閱讀：8321 發(fā)布時(shí)間：2019-5-10酚醛樹脂是一類應(yīng)用極其廣泛的熱固性材料。由于該材料的使用溫度范圍較寬，我們有必要對它在整個(gè)固化、使用溫度 范圍中的熱穩(wěn)定性進(jìn)行全面的探討。通常研究固化反應(yīng)的手段包括差示掃描量熱法（DSC）、介電固化監(jiān)測法（DEA）等， 但是酚醛樹脂的固化反應(yīng)生成了可揮發(fā)的產(chǎn)物（水、氨），因此熱重分析（TG）也是一種有效的方法。熱重分析的另一優(yōu)勢 在于可以地測量材料的熱穩(wěn)定性，例如分解溫度等。更進(jìn)一步，我們將耐馳熱重分析儀和傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR） 相連接，則可以更準(zhǔn)確地探討酚醛樹脂的固化及熱分解反應(yīng)。
測量原理： ? 應(yīng)用領(lǐng)域： 物質(zhì)鑒定、質(zhì)量控制和失效分析 ? 研究目的： 使用 TG-FTIR檢測未固化酚醛樹脂縮聚反應(yīng)和分解過程 ? 儀 器： TG 209 C Iris-FTIR VECTOR 22 ? 樣 品： 酚醛樹脂（粉末）
實(shí)驗(yàn)條件 ：? 樣品質(zhì)量： 8.383mg ? 坩 堝： Al2O3（敞口） ? 氣 氛： N2（15ml/min），常壓 ? 溫度范圍： 30～850℃ ? 升溫速率： 10K/min ? FTIR： 光譜分辨率 4cm-1，時(shí)間分辨率 19s
結(jié)果與討論
圖一顯示的是未固化酚醛樹脂的熱重實(shí)驗(yàn)曲線，溫度范圍從室溫到 850℃。為了更好的分析酚醛樹脂的熱重曲線，我們 將熱重曲線分為兩個(gè)部分：固化部分（室溫到 320℃）和分解部分（320℃～850℃）。
圖二中的計(jì)算熱流曲線（c-DTA）清楚的表明在 148℃有一放熱峰，這是酚醛樹脂固化反應(yīng)產(chǎn)生的放熱效應(yīng)。常規(guī)的 DSC 實(shí)驗(yàn)可以證明酚醛樹脂在密閉的高壓坩堝中會(huì)以三步反應(yīng)模式進(jìn)行固化，而在敞口的坩堝中只會(huì)發(fā)生一步固化反應(yīng)。 結(jié)合 c-DTA 的信息和熱重曲線上的失重臺(tái)階，我們可以得到正如我們所預(yù)期的結(jié)論：酚醛樹脂固化反應(yīng)是一個(gè)縮聚反應(yīng)。
個(gè)失重臺(tái)階，失重 0.9％，大失重速率在 69℃（DTG 峰值）是因?yàn)樗值膿]發(fā)。固化反應(yīng)過程中又產(chǎn)生兩個(gè)失 重臺(tái)階，失重量分別是 0.8％（DTG 峰值 159℃）和 2.8％（DTG 峰值 209℃）。
根據(jù)紅外數(shù)據(jù)庫譜圖確定揮發(fā)物是水蒸汽和氨氣，氨氣是一種對身體和環(huán)境都很有害的氣體。圖四顯示的是溢出氣從室溫到 320℃整個(gè)溫度區(qū)間的分布情況。水蒸氣是藍(lán)色曲線，紅外譜圖中在 3574～3557cm-1出現(xiàn)；氨氣是綠色曲線，紅外譜圖中 在 973～952cm-1出現(xiàn)。
在 533℃提取的紅外譜圖（圖五）顯示此刻有苯酚（藍(lán)色曲線）和 2,4-二甲苯酚（綠色曲線）出現(xiàn)。這兩種產(chǎn)物都是酚 醛樹脂的特征基團(tuán)。進(jìn)一步又測試到甲烷（紅色曲線）、二氧化碳（吸收峰在 2400～2250 cm-1）和一氧化碳(2250~2000 cm-1) 的存在。
結(jié) 論：
本文使用 耐馳TG-FTIR 同步聯(lián)用技術(shù)研究了未固化酚醛樹脂的固化過程和分解過程，這一研究表明，對質(zhì)量控制和聚合物 鑒定而言，聯(lián)用技術(shù)是一種很好的檢驗(yàn)工具。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明本文所研究的是典型的使用胺類固化劑的酚醛樹脂固化反應(yīng)。所 獲得的譜圖中任何變化都可以用于對固化和分解現(xiàn)象進(jìn)行質(zhì)量控制。