孟凡会

摘要：文章利用三聚氰胺和甲醛制备出了三聚氰胺甲醛树脂，在确定了树脂的合成条件以后，又研究了三聚氰胺甲醛树脂的发泡条件，找到了最好的合成工艺以及发泡条件，可以将该树脂用作外墙保温的硬质防火泡沫塑料。

关键词：三聚氰胺甲醛树脂；闭孔泡沫；硬质泡沫体

本研究在确定传统合成条件之后，利用改性剂对三聚氰胺甲醛树脂进行改性，提高该树脂的发泡性能。本实验采用了两改性剂，第一类是小分子单体改性剂，例如尿素、丙烯酰胺等；第二类是高分子化合物改性剂，比如聚丙烯酰胺和聚乙烯醇等；实验结果表明，小分子单体改性剂和高分子合物改性剂对三聚氰胺甲醛树脂的泡沫性能有良好的改善。

1 三聚氰胺泡沫概述

三聚氰胺泡沫具有许多优点，比如保温、优良的防火性能以及吸声安全等，但是，三聚氰胺泡沫现在还存在一个致命的缺点，那就是脆性大、易碎、没有韧性，在使用的时候不方便操作，所以，三聚氰胺泡沫没有大规模的应用。至今，国内还没有开发出切实可用的三聚氰胺泡沫。对三聚氰胺进行化学改性可以对三聚氰胺的性能进行优化，从而提高三聚氰胺泡沫的可使用性。因此，本实验主要研究三聚氰胺泡沫的化学改性，选用了3种不同类型的化学改性剂：（1）单体分子化学改性剂；（2）高分子化学物改性剂；（3）交联剂作为改性剂。希望通过化学改性剂对三聚氰胺泡沫塑料进行改性，从而提高强度和韧性，使其可以应用在建筑材料中。

2 实验部分

2.1 未改性三聚氰胺树脂的合成

将219g_聚氰胺和50 mL去离子水混合放入三口烧瓶内，在80℃下恒温水浴；加入10%的氢氧化钠溶液，调节混合溶液的pH=8.5，然后向三口烧瓶内放入109g多聚甲醛，反应15 min；再向三口烧瓶内加入219 g_聚氰胺和109 9多聚甲醛，同时将恒温水浴的温度调节至85℃，测量混合溶液的pH并使其保持在8.5，反应60 min，然后调节溶液pH在7.0。反应一段时间后按浊点法判断反应的终点，反应完成后就可以取出反应产物。

2.2 单分子改性三聚氰胺甲醛树脂的合成

将219 g_聚氰胺和50 mL去离子水混合放入三口烧瓶内，在80℃下恒温水浴；加入10%的氢氧化钠溶液，调节混合溶液的pH=8.5，然后向三口烧瓶内放入109g多聚甲醛，反应15 min；将恒温水浴的温度调节至85℃，测量混合溶液的pH并使其保持在8.5再向三口烧瓶内加入219 g_聚氰胺和109g多聚甲醛，等反应液变得澄清以后，再向反应液中加入219 g_聚氰胺和109g多聚甲醛；反应min，然后调节溶液pH在=7.0，然后添加一定量的单分子改性剂。反应一段时间后按浊点法判断反应的终点，反应完成后就可以取出反应产物。

在加入单分子改性剂的时候，改变单分子改性剂的加入时间与加入剂量，观察其对三聚氰胺甲醛树脂的改性效果。

2.3 高分子化合物改性三聚氰胺树脂的合成

高分子化合物的添加过程可分为两种。

（1）预添加过程：将219 g_聚氰胺和50 mL去离子水混合放入三口烧瓶内，然后向反应液中加入高分子化合物改性剂，80℃下恒温水浴；加入10%的氢氧化钠溶液，调节混合溶液的pH=8.5，然后向三口烧瓶内放入1099多聚甲醛，反应15min；将恒温水浴的温度调节至85℃，测量混合溶液的pH并使其保持在8.5再向三口烧瓶内加入219g_聚氰胺和109g多聚甲醛，等反应液变得澄清以后，再向反应液中加入219g三聚氰胺和109g多聚甲醛；反应min，然后调节溶液pH=7.0，然后添加一定量的单分子改性剂。反应一段时间后按浊点法判断反应的终点，反应完成后就可以取出反应产物。

（2）后期添加过程：219g_聚氰胺和50 mL去离子水混合放入三口烧瓶内，然后向反应液中加入高分子化合物改性剂，80℃下恒温水浴；加入10%的氢氧化钠溶液，调节混合溶液的pH=8.5，然后向三口烧瓶内放入109g多聚甲醛，反应15 min；将恒温水浴的温度调节至85。C，测量混合溶液的pH并使其保持在8.5再向三口烧瓶内加入219g三聚氰胺和109g多聚甲醛，等反应液变得澄清以后，再向反应液中加入219g三聚氰胺和109g多聚甲醛；反应60 min，溶液pH=7.0；预先将高分子化合物改性剂在去离子水中加热溶解，在反应快到终点时，将高分子化合物加入反应溶液中，恒温反应1h，降温得到反应产物。

改变高分子化合物改性剂的添加方式以及添加量，判断得到的三聚氰胺甲醛树脂的性能，来判断高分子化合物改性剂的种类，添加方式以及添加量。

3 结果

3.1 单体分子改性剂对三聚氰胺树脂及其泡沫性能的影响

3.1.1 尿素改性三聚氰胺树脂及其泡沫性能

首先，在85℃下，将不同质量分数的尿素与多聚甲醛按照摩尔比为1：1的比例混合，调节混合溶液的pH=4，进行缩聚反应，在反应进行一段时间以后，按照第二章步骤继续进行反应，最后得到反应产物。比较不同尿素用量制备的三聚氰胺树脂的泡沫的抗压强度以及抗弯强度。结果如图l所示。

从图1可以看出，尿素添加用量比例在0%-20%时，随着尿素含量的增加，制备出来的三聚氰胺甲醛树脂的抗压强度和抗弯强度都有所提升，抗弯强度的提升效果非常明显。因为尿素与甲醛进行羟甲基化反应，生成羟甲基脲，之后再与已经羟基化的三聚氰胺进行缩聚反应，生成亚甲基桥键和亚甲基醚键，这些键桥减小了三聚氰胺大分子之间的空位。

3.1.2 丙烯酰胺改性三聚氰胺树脂及其泡沫性能

在70℃的条件下，先将丙烯酰胺和多聚甲醛按照摩尔比为1：1在弱碱性的条件下进行反应，再调节溶液的pH=9，进行后续反应，最后得到反应产物，对得到的树脂进行微波发泡处理，比较不同三聚氰胺甲醛树脂的抗压强度和抗弯强度，结果如图2所示。

由图2可以看出，随着丙烯酰胺用量的逐渐增大，三聚氰胺甲醛树脂泡沫的抗压强度变化不大，但是抗弯强度变化非常明显，逐渐增大。在较低的温度和适宜的pH的条件下，丙烯酰胺和甲醛會进行羟甲基化反应，然后羟甲基化的丙烯酰胺再与羟甲基三聚氰胺发生缩聚，脱去小分子的水和甲醛，生成亚甲基桥键和亚甲基醚键。由于丙烯酰胺与三聚氰胺具有类似的结构，所以在实现小分子嵌段的过程中变得更加顺利。

3.2高分子改性剂对三聚氰胺树脂及其泡沫性能影响

本研究选择的高分子改性剂是聚乙烯醇，因为聚乙烯醇中含有大量的醇羟基，醇羟基可以和羟甲基三聚氰胺进行缩合反应，缩合反应后聚乙烯醇可以很好地存在于三聚氰胺甲醛树脂中，而聚乙烯醇具有很好的柔性，添加了聚乙烯醇后就可以提高三聚氰胺甲醛树脂的韧性，提高树脂的力学性能，降低树脂的脆性。结果如图3所示。

由图3可以看出，随着聚乙烯醇的用量的增大，树脂的抗压强度和抗拉强度有缓慢的提升，但是树脂的抗弯强度有显著的提升。这是因为聚乙烯醇本身具有很好的韧性，添加到树脂中后会提高树脂的韧性。

4 结语

在确定了传统合成条件之后，利用改性剂对三聚氰胺甲醛树脂进行改性，提高该树脂的发泡性能。本实验采用了3类改性剂：（1）小分子单体改性剂，例如尿素、丙烯酰胺等；（2）高分子化合物改性剂，比如聚丙烯酰胺和聚乙烯醇等；（3）交联剂，比如二硫化二苯并噻唑，二巯基苯并噻唑等。实验结果表明，小分子单体改性剂和高分析化合物改性剂对三聚氰胺甲醛树脂的泡沫性能有良好的改善。