硬质三聚氰胺泡沫的发泡工艺分析

1引言

三聚氰胺泡沫又名蜜胺泡沫，是向三聚氰胺甲醛树脂中加入适量的发泡剂、固化剂、乳化剂后，在一定条件下发泡制得的新型本征阻燃泡沫。由于三聚氰胺泡沫在燃烧时会释放出大量氮气，且在表面会迅速产生致密的焦炭层，从而在不添加阻燃剂的情况下就可以达到我国B1级阻燃标准仁。

三聚氰胺泡沫的生产工艺几乎被BASF 、llbruck等公司所垄断，而其生产的B1SOteCt和lltec泡沫均为软质吸音材料田。我国的中原大化目前已经生产出清洁用三聚氰胺泡沫，由于三聚氰胺的刚性结构，该泡沫可以在不用清洁剂的情况下擦拭各种硬表ธ面的污迹，去污效果十分显著叫。

目前对于三聚氰胺泡沫的研究多集中于树脂配方川、弯曲强度川、导热机理川、发泡方式川等，而发泡工艺对三聚氰胺泡沫压缩性能的影响尚未被综合探讨，通过正交试验综合考虑发泡剂、固化剂、乳化剂的添加量以及发泡的温度时✉间对于泡沫性能的影响是十分必要的。

2实验

2.I仪器与药品

2.I.I仪器

电子天平上海普海仪器有限公司;恒温水浴锅常州菲普实验仪器厂;机械搅拌器常州菲普实验仪器厂;电热鼓风干燥箱南京沃环科技实业有限公司;电子万能材料试验机美国Instron公司;扫描电子显微镜Cs u7 57 0}日本日立株式会社;差示扫描量热仪美国TA仪器有限公司;高级模块化旋转流变仪奥地利安东帕有限公司。

2.1.2药品

三聚氰胺，37%甲醛溶液，乌洛托品，柠檬酸三钠，草酸，正戊烷，以上药品均由国药集团化学试剂有限公司生产;吐温80:天津福晨化学试齐日厂生产。

2.2实验方法

将37%甲醛溶液注入三日烧瓶中，用乌洛托品调节pH值为8.0 }-8ษ.5，加入适量三聚氰胺，控制三聚氰胺与甲醛摩尔比为1=3，充分搅拌并缓慢升温至80℃，反应2h后降温至50℃，加入10%柠檬酸三钠，继续搅拌1h后降温至25℃。

向冷却的树脂中加入不同质量的乳化剂、发泡剂、固化剂，高速搅拌后倒入模具中，在不同温度及时间条件下发泡成型。

2.3测试方法

2.3.1压缩强度的测试

根据ASTM D1621-2010在电子万能材料试验机上测试泡沫的压缩性能。

2.3.2差示扫描热量仪

升温速度为10 0C/min，升温范围为30200℃，氮气保护。直接测试原始树脂得到曲线;向原始树脂中加入1200固化剂、5%乳化剂后测试得到曲线;向原始树脂中加入1200固化剂、5%乳化剂、300发泡剂后测试得到曲线 。

2.3.3树脂的粘温曲线

取适量树脂加入3%发泡剂、1200固化剂、5%乳化剂，分别在120及70℃下放入流变仪，恒温测试粘度变化，得到曲线和。取适量树脂加入3%发泡剂和5%乳化剂但不加入固化剂，在70℃下放入流变仪恒温测试粘度变化得到曲ฬ线 。

3结果与讨论

3.1正交试验

参考相关文献及前期探索性实验的结果设计正交试验，以选取不同的特征工艺参数点，综合分析发泡工艺的各个 シ条件对泡沫压缩性能的影响。所有试样的发泡倍率均控制在6一7倍。泡沫密度均在105一115 kG/m。

3.2树脂的粘度一温度曲线

树脂的粘度会随着固化过程的进行而增大，当增大到一定程度时流动的树脂就转变为凝胶态，此时反应及搅拌产生的气泡便无法从体系中溢出比〕。树脂的固化过程就是轻甲基三聚氰胺的交联过程，在酸性条件下，轻甲基之间缩聚形成亚甲基醚或亚甲基桥结构[11]，由于轻甲基三聚氰胺的平均官能度3，在交联过程中其可以形成不熔不溶的体形高聚物。值得注意的是，该反应速度会随着温度的提高而有较大幅度的变化，这也导致了在发泡时需采用合适的发泡温度以达到树脂固化与气泡生长的平衡。

因此在加入发泡剂后，为了缩小泡孔尺寸，增加泡孔骨架直径，应该直接升温至120℃左右，在泡孔扩大的同时使树脂尽快固化。

4结论

通过正交试验对三聚氰胺泡沫发泡工艺进行优化研究，其对于泡沫压缩性能有显著影响，最优方案为添加发泡剂300,固化剂1200、乳化剂500，发泡温度时先120 ℃ ,2 h，后70 ℃ ,2 h。

通过SEM图可以看出，在不同发泡工艺下泡沫骨架粗细明显不同，其中泡孔小、骨架粗的泡沫力学性能最好。

树脂的粘温曲线和DSC曲线可以证实在不加入固化剂的情况下，需达到120℃以上树脂才能交联固化，而在加入固化剂后固化温度可以降低到4 0 0C;但在加入发泡剂后由于气化吸热，只有保持在较高温度下固化过程才能与气孔膨胀过程相平衡。