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國內水泥混凝土外加劑技術資料
溶劑型木質素改性制備耐摩擦復合材料
來源:
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作者:pro10845f02
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發布時間: 2014-08-28
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隨著世界石油、煤炭等化石資源日益減少，大力發展綠色新材料勢在必行。由于酚醛樹脂具有良好的耐酸性能、力學性能、耐熱性能，目前汽車、摩托車等車輛使用的制動復合材料的基體主要采用酚醛樹脂（PF)，然而在高溫情況下PF中的酚羥基很容易被氧化，從而導致摩擦材料的分解或破壞，純PF的極限耐熱溫度為250°C，所以普通的PF—般也只能在250°C以下才能正常使用，當超過300°C時熱分解就很嚴重。隨著車輛的高速重載化，摩擦制動發熱使得材料的工作溫度也越來越高，如在高速行駛條件下制動時，盤式制動器襯片的表面溫度可達400°C以上，因此改善PF的高溫摩擦性能也是當前摩擦材料領域研究的執占之一。
現在的耐磨檫材料都己開始使用改性酚醛樹脂作為基體樹脂粘合劑。目前，國內外對酚醛樹脂的改性方法主要有化學改性和物理改性兩種。酚醛樹脂的化學改性主要是指除苯酚、甲醛外還加入能參與縮聚反應的組分，或者加入能與酚醛樹脂大分子反應的組分。物理改性指某些聚合物與酚醛樹脂共混。當摻入酚醛樹脂的聚合物具有優異的韌度、良好的耐熱性，且與酚醛樹脂能有適中的熱力學相容性，使共混物成亞微觀的均勻分散形態，則共混改性的酚醛樹脂才具有理想的摩擦性能。以下是幾種常用的酚醛樹脂的改性方法：
1.烷基酚改性酚醛樹脂：其摩擦性能比未改性時有明顯改善。尤其以改性二甲苯對酚醛改性，在100-300°C溫度范圍內，其摩擦系數仍為0.45-0.43。但與腰果殼油改性的酚醛樹脂相比磨損率較大。
2.腰果殼油改性酚醛樹脂：其制品摩阻性能優良，摩擦過程中表面形成的碳化膜柔軟且有韌性，不易脫落。使制動材料表面的組成和發熱狀態均勻，保證了穩定的摩擦性能，在歐美和日本等國家和地區現已普遍應用。
3.三聚氰胺改性酚醛樹脂：可減少摩擦高溫下樹脂熱分解產生的焦油狀物質，從而改善摩擦穩定性。
4.硼酚醛樹脂：加入酚醛樹脂中的硼酸可減少試樣中的水分，使試樣具有平衡的結構。為試樣提供穩定的摩擦系數。目前國內外均采用雙酚A硼酚醛樹脂，其具有耐熱性高、熱衰退小、恢復性好等特點。
在物理改性方面，為了降低酚醛樹脂脆性、改善貼合性及高溫下的摩擦性能，廣泛地采用液體橡膠改性酚醛樹脂和橡膠與樹脂共混并用體系。
國內福州大學等研究人員對木質素改性酚醛樹脂進行過多年研究，并得到創新性的研究成果，如(酶解木質素或它的衍生物改性酚醛發泡材料及其制備方法；酶解木質素或它的衍生物改性熱熔型酚醛樹脂的原料配方及制備方法；在上述研究基礎上，新技術人繼續銳意探索，發明使用溶劑型木質素改性酚醛樹脂替代傳統的酚醛樹脂為樹脂粘結劑，和其他纖維、填料等增強原料制備耐磨檫復合材料。利用木質素改性酚醛系列產品，替代部分石油化學品，制備耐摩檫材料得到較好的改性效果。酚類原料是石油或煤炭化學工業產品，價格比較高且是重要污染源。采用低成本、可再生的天然高分子木質素替代部分酚類制備改性酚醛系樹脂制備耐磨檫材料，在降低成本和環境保護上具有很大優勢，更具有良好的經濟效益和社會效益。
針對酚類制備改性酚醛系樹脂制備耐磨檫復合材料過程中，造成資源消耗較多，成本較高以及污染環境等問題，提供了溶劑型木質素改性制備耐摩擦復合材料的方法，從而實現在制備耐摩擦復合材料中，降低成本，保護環境的要求。
新技術具有如下優點：
1.新技術采用的溶劑型木質素是直接從生物質原料用溶劑法提取或從生物煉制制備生物天然氣、功能性多糖或生物酒精的殘渣中采用溶劑法分離提取的木質素，提取過程沒有經過高溫、高壓等工序，較好地保留了天然木質素的化學活性，得到的木質素純度高，其灰分含量小于3%，遠遠低于造紙工業得到的木質素磺酸鈣或堿木素。溶劑型木質素的原料可以利用農林廢棄物或生物質煉制產業的廢棄殘渣，制造成本較低，同時又能有效利用這些廢棄物，有利于環境保護。
2.由于溶劑型木質素較好地保留了天然木質素的化學活性。在一定的條件下，溶劑型木質素可以和醛類，酚類化合物反應，得到木質素改性酚醛樹脂，由于木質素是三維結構的天然高分子，又含有比較豐富的極性基團，使用木質素改性酚醛樹脂比傳統的酚醛樹脂與摩檫材料的其他組分具有強的相互作用，得到更為均勻摩檫材料復合體，可以制得到性能更加優良的耐摩檫材料。
3.溶劑型木質素作為制備酚醛改性樹脂膠黏劑的重要原料可以減少5%—30%石油化工原料的用量，不僅可以降低耐摩檫材料的成本，還可以充分利用木質素可再生資源，有利于可持續發展。
