酚醛树脂的固化与分解研究（热分析联用技术和气体分析）

酚醛树脂是一类应用极其广泛的热固性材料。由于该材料的使用温度范围较宽，我们有必要对它在整个固化、使用温度 范围中的热稳定性进行全面的探讨。通常研究固化反应的手段包括差示扫描量热法（DSC）、介电固化监测法（DEA）等， 但是酚醛树脂的固化反应生成了可挥发的产物（水、氨），因此热重分析（TG）也是一种有效的方法。热重分析的另一优势 在于可以地测量材料的热稳定性，例如分解温度等。更进一步，我们将耐驰热重分析仪和傅立叶变换红外光谱仪（FTIR） 相连接，则可以更准确地探讨酚醛树脂的固化及热分解反应。

测量原理： ▪ 应用领域： 物质鉴定、质量控制和失效分析 ▪ 研究目的： 使用 TG-FTIR检测未固化酚醛树脂缩聚反应和分解过程 ▪ 仪  器： TG 209 C Iris-FTIR VECTOR 22 ▪ 样  品： 酚醛树脂（粉末）

实验条件 ：▪ 样品质量： 8.383mg ▪ 坩  埚： Al2O3（敞口） ▪ 气  氛： N2（15ml/min），常压 ▪ 温度范围： 30～850℃ ▪ 升温速率： 10K/min ▪ FTIR：  光谱分辨率 4cm-1，时间分辨率 19s

结果与讨论

 图一显示的是未固化酚醛树脂的热重实验曲线，温度范围从室温到 850℃。为了更好的分析酚醛树脂的热重曲线，我们 将热重曲线分为两个部分：固化部分（室温到 320℃）和分解部分（320℃～850℃）。

图二中的计算热流曲线（c-DTA）清楚的表明在 148℃有一放热峰，这是酚醛树脂固化反应产生的放热效应。常规的 DSC 实验可以证明酚醛树脂在密闭的高压坩埚中会以三步反应模式进行固化，而在敞口的坩埚中只会发生一步固化反应。 结合 c-DTA 的信息和热重曲线上的失重台阶，我们可以得到正如我们所预期的结论：酚醛树脂固化反应是一个缩聚反应。

个失重台阶，失重 0.9％，大失重速率在 69℃（DTG 峰值）是因为水分的挥发。固化反应过程中又产生两个失 重台阶，失重量分别是 0.8％（DTG 峰值 159℃）和 2.8％（DTG 峰值 209℃）。

根据红外数据库谱图确定挥发物是水蒸汽和氨气，氨气是一种对身体和环境都很有害的气体。图四显示的是溢出气从室温到 320℃整个温度区间的分布情况。水蒸气是蓝色曲线，红外谱图中在 3574～3557cm-1出现；氨气是绿色曲线，红外谱图中 在 973～952cm-1出现。

在 533℃提取的红外谱图（图五）显示此刻有苯酚（蓝色曲线）和 2,4-二甲苯酚（绿色曲线）出现。这两种产物都是酚 醛树脂的特征基团。进一步又测试到甲烷（红色曲线）、二氧化碳（吸收峰在 2400～2250 cm-1）和一氧化碳(2250~2000 cm-1) 的存在。

结  论： 

本文使用 耐驰TG-FTIR 同步联用技术研究了未固化酚醛树脂的固化过程和分解过程，这一研究表明，对质量控制和聚合物 鉴定而言，联用技术是一种很好的检验工具。实验数据表明本文所研究的是典型的使用胺类固化剂的酚醛树脂固化反应。所 获得的谱图中任何变化都可以用于对固化和分解现象进行质量控制。