化工儀器網
技術文章
酚醛樹脂的固化與分解研究（熱分析聯(lián)用技術和氣體分析）
閱讀：8313 發(fā)布時間：2019-5-10酚醛樹脂是一類應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固化、使用溫度 范圍中的熱穩(wěn)定性進行全面的探討。通常研究固化反應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生成了可揮發(fā)的產物（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，則可以更準確地探討酚醛樹脂的固化及熱分解反應。
測量原理： ? 應用領域： 物質鑒定、質量控制和失效分析 ? 研究目的： 使用 TG-FTIR檢測未固化酚醛樹脂縮聚反應和分解過程 ? 儀 器： TG 209 C Iris-FTIR VECTOR 22 ? 樣 品： 酚醛樹脂（粉末）
實驗條件 ：? 樣品質量： 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，時間分辨率 19s
結果與討論
圖一顯示的是未固化酚醛樹脂的熱重實驗曲線，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部分：固化部分（室溫到 320℃）和分解部分（320℃～850℃）。
圖二中的計算熱流曲線（c-DTA）清楚的表明在 148℃有一放熱峰，這是酚醛樹脂固化反應產生的放熱效應。常規(guī)的 DSC 實驗可以證明酚醛樹脂在密閉的高壓坩堝中會以三步反應模式進行固化，而在敞口的坩堝中只會發(fā)生一步固化反應。 結合 c-DTA 的信息和熱重曲線上的失重臺階，我們可以得到正如我們所預期的結論：酚醛樹脂固化反應是一個縮聚反應。
個失重臺階，失重 0.9％，大失重速率在 69℃（DTG 峰值）是因為水分的揮發(fā)。固化反應過程中又產生兩個失 重臺階，失重量分別是 0.8％（DTG 峰值 159℃）和 2.8％（DTG 峰值 209℃）。
根據紅外數據庫譜圖確定揮發(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℃整個溫度區(qū)間的分布情況。水蒸氣是藍色曲線，紅外譜圖中在 3574～3557cm-1出現；氨氣是綠色曲線，紅外譜圖中 在 973～952cm-1出現。
在 533℃提取的紅外譜圖（圖五）顯示此刻有苯酚（藍色曲線）和 2,4-二甲苯酚（綠色曲線）出現。這兩種產物都是酚 醛樹脂的特征基團。進一步又測試到甲烷（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 論：
本文使用 耐馳TG-FTIR 同步聯(lián)用技術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，對質量控制和聚合物 鑒定而言，聯(lián)用技術是一種很好的檢驗工具。實驗數據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。所 獲得的譜圖中任何變化都可以用于對固化和分解現象進行質量控制。