高性能酚醛树脂基体优化方案

酚醛树脂是指由酚类化合物与醛类化合物缩聚而得到的一类聚合物材料，其中酚醛与甲醛缩聚得到的酚醛树脂是最重要的材料之一。在目前缩聚类塑料中，以酚醛树脂为基础的塑料因其原料来源广泛、价格低廉、性能优异等优点成为应用极广，产量极大的一类聚合物塑料。

1872年，德国化学家拜尔（A.Baeyer）首先合成了酚醛树脂，他发现酚和醛在酸性条件下可形成树脂状产物，酚醛树脂也成为第一个人工合成并工业化的高分子化合物，至今使用已有百年历史。在1910年，巴克兰（Backeland）提出关于酚醛树脂加压加热固化的专利，即在高温和加热条件下使预聚体发生固化，成功确立“缩合反应”。同时他还指出，缩合反应所得到的酚醛树脂是否具有热塑性取决于酚醛和甲醛原料的用量比及所用的催化剂类型，并介绍了引入木粉或其他填料可以克服树脂脆的缺点，实现了酚醛树脂的工业化生产，并为其应用奠定了坚实的基础。随后，不同科学家在酚醛树脂方面又有了新的发现，极大地推动了在工业领域的发展与应用。目前，根据航空航天、汽车工业等领域的需求，科学工作者经过大量研究，在其高性能化方面做了大量工作，充分发挥了酚醛树脂的潜力，同时又开发了许多具有高性能的复合材料新品种。

1.3.1.1　合成

酚醛树脂的合成可分为两类，分别为线型酚醛树脂的合成与热固性酚醛树脂的合成。线型酚醛树脂的合成是少量的甲醛和过量的苯酚[通常酚与醛的用量摩尔比为1：（0.75～0.85）]在pH值小于3.0的条件下完成的，苯酚的用量增加会使酚醛树脂的相对分子质量降低，从而生成低分子量的线型聚合物，若甲醛含量过高，则会生成热固性树脂。线型酚醛树脂本身是稳定的，需要借助固化剂等外加条件才能完成后期的固化反应，在没有添加固化剂时，能够溶解于有机溶剂，加热能够熔融，即使长期加热也不会固化。

热固性酚醛树脂通常是在碱性条件下（pH为8～11）由过量的甲醛和少量的苯酚[通常酚与醛的用量摩尔比为（0.75～0.85）：1]反应得到的。由于体系中甲醛含量多，并含有一部分未反应的羟甲基成分，无须外接催化即可通过高温加热自身反应生成不溶和不熔的固化产物。

1.3.1.2　性能及应用

（1）耐高温性能：酚醛树脂因具有大量的苯环结构和交联密度较高而具有优异的耐热性能，即便在高温下酚醛树脂的结构依然保持稳定，因此耐高温是其最主要的特征之一。所以酚醛树脂可以用于包括摩擦材料和耐火材料在内的高温领域，同时也可应用在机械与航空航天等工业领域。

（2）黏结强度高：除去优异的耐热性能，酚醛树脂还有卓越的黏结性，目前酚醛树脂在黏结性上的应用程度甚至超过了其耐热性能，因为分子结构中具有大量的极性基团，可以保证黏结面的稳固。酚醛树脂作为黏合剂的作用是将粉末颗粒和耐火材料经高温后黏合在一起。与传统的黏合剂相比，酚醛树脂更加环保，且具有更高的黏结强度，还可以与多种粉末状的填充物通过热压成型、注塑成型或传递模塑等工艺制成具有高强度、耐高温和尺寸稳定性的复合材料。

（3）耐化学性：经过交联后的树脂会具有良好的化学稳定性。(www.xing528.com)

（4）阻燃性：酚醛树脂是一种少见的无须添加任何阻燃剂，通过自身优势就可达到阻燃效果的高分子物质。在酚醛树脂在制备成泡沫或复合材料制品时利用价值大大提升，这些制品均具有优异的阻燃性能。

（5）燃烧时低烟低毒：酚醛树脂经过燃烧后会产生水蒸气或碳氢、碳氧化合物等物质，并且燃烧过程烟雾产生少，毒性比较低。这些特性使酚醛树脂更加适合应用于化工、交通、建筑和采矿等在安全和运输要求非常严格的领域。

尽管如此，酚醛树脂仍存在一些结构上的弱点，主要表现在结构中的酚羟基和亚甲基容易氧化，这会使其耐热性和耐氧化性受到影响；此外，固化后的酚醛树脂因酚核间仅由亚甲基相连而呈现出一定的脆性，韧性有待提高；同时因为酚羟基容易吸水，影响制品的电性能、力学性能和耐碱性，成型工艺中的高温高压也会在一定程度上限制其作为高性能复合材料基体树脂的广泛使用。因此需要对其性能进行改善。

1.3.1.3　酚醛树脂的改性

（1）增韧改性：提高酚醛树脂韧性的主要方法有内增韧和外增韧，内增韧是在酚醛树脂中加入内增韧物质，如使酚羟基醚化、在酚核间引入长的亚甲基链及其他柔性基团等；外增韧是在酚醛树脂中加入天然橡胶、丁腈橡胶等外加物质。

（2）耐热改性：酚醛树脂具有良好的耐热性能。但随其应用领域的不断扩展和当前行业对产品性能要求的不断提高，酚醛树脂固有的耐热性能已不能完全适应时代发展的要求。因此，合成具有更高耐热性能的酚醛树脂成为目前改性酚醛树脂的一个研究热点。使用较多的主要有硼改性酚醛树脂、钼酸改性酚醛树脂、磷改性酚醛树脂和有机硅改性酚醛树脂。

除上述方法之外，还有聚砜改性、重金属改性、二甲苯改性、芳烷基醚改性酚醛树脂的方法。