CN106932295A - 一种酚醛树脂中残焦的测定方法 - Google Patents

一种酚醛树脂中残焦的测定方法 Download PDF

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马妍琳
王梅
杨雪威
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Abstract

本发明属于残焦含量测定技术领域，具体涉及一种酚醛树脂中残焦的测定方法；本发明的目的，针对现有技术不足，提供一种能够立足于实验室现有仪器设备，准确测定酚醛树脂中的残焦量的一种酚醛树脂中残焦的测定方法；包括以下步骤：步骤一，器具恒重；步骤二，试样处理；步骤三，样品灼烧；步骤四，残量结果计算；步骤五，结果范围选定；本发明利用微量法，成功建立了测定酚醛树脂中残焦量的检测方法，该方法过程操作简单，实验条件易于满足，且精密度良好，测定范围广，达到了准确测定酚醛树脂中残焦量的目的。

Description

一种酚醛树脂中残焦的测定方法
技术领域
本发明属于残焦含量测定技术领域，具体涉及一种酚醛树脂中残焦的测定方法。
背景技术
酚醛树脂作为耐烧蚀防热复合材料树脂基体材料，其中一个重要技术指标是必须具有较高的残焦含量，而残焦含量的大小可用来表征酚醛树脂的机械性能和耐热性能的倾向，用于指导原料选择和生产工艺。为此我们建立酚醛树脂中残焦含量的化学分析方法。
国内针对石油、润滑油等有机物残焦含量的测定方法主要有以下四种方法：康氏法(GB/T 268)、微量法(GB/T 17144)、电炉法(SH/T 170)和兰式法(SH/T 160)，但是酚醛树脂这种大分子低熔点的聚合物中残焦的测定还尚无报导，由于微量法(GB/T 17144)具有所用装置易满足，过程易操作，精密度良好等特点，因此以此方法的原理为基础，根据样品的实际特性与一系列的条件实验，从而确定实验方案，测定酚醛树脂中的残焦量。
发明内容
本发明的目的，针对现有技术不足，提供一种能够立足于实验室现有仪器设备，准确测定酚醛树脂中的残焦量的一种酚醛树脂中残焦的测定方法。
本发明的技术方案是：
一种酚醛树脂中残焦的测定方法，包括以下步骤：
步骤一，器具恒重；
步骤二，试样处理；
步骤三，样品灼烧；
步骤四，残量结果计算；
步骤五，结果范围选定。
所述步骤一包括以下步骤：
首先，将实验用石英舟放置于500℃马弗炉中，灼烧1.5h，取出，置于干燥器中，冷却至室温后，称量并记录石英舟重量；
其次，再次将石英舟放入马弗炉中500℃下灼烧15min后，取出，置于干燥器中，冷却至室温后，称量并记录石英舟重量，直至前后二次石英舟的重量差小于±0.0002g。
所述步骤二中包括以下步骤：
首先，准确称取2.0000g±0.0005g的酚醛树脂于恒重好的石英舟中，放入烘箱后，逐渐升温，且过程中应严格控制升温速率在10℃/min，升到150℃后恒温1h，取出，于干燥器中冷却至室温后，置于连接好的高温管式炉内的石英管中央；
其次，塞好进样口磨口塞，以流速为600mL/min的氮气至少吹扫10min，吹扫完成后，把氮气流速降低至150mL/min，并以10～15℃/min的加热速率将高温管式炉加热到500℃。
所述步骤三中，使样品在500±2℃的高温管式炉中恒温15min，关闭自动加热炉电源，并让样品在氮气流600mL/min吹扫下自然冷却1.5h后，取出，将其放入干燥器中冷却至室温后，称量石英舟及烧后样品总重量。
所述步骤四中，根据公式(1)计算酚醛树脂的残焦量；
式中：
ω——酚醛树脂中残焦的含量，单位％；
m0——石英舟的质量，单位g；
m1——称取酚醛树酯的质量，单位g；
m2——灼烧后样品和石英舟的总质量，单位g。
所述步骤五中，分别称取6个酚醛树脂样品2.0000±0.0005g，每个样品分装在已恒重的石英舟中，于烘箱中固化后于高温管式炉中于500±5℃恒温10分钟，冷却至室温后称重，计算。
本发明的有益效果是：
利用微量法，成功建立了测定酚醛树脂中残焦量的检测方法，该方法过程操作简单，实验条件易于满足，且精密度良好，测定范围广，达到了准确测定酚醛树脂中残焦量的目的。
附图说明
图1是高温管式炉示意图；
图2是石英管示意图；
图中1—高温管式炉；2—石英管；3—进样口磨口塞；4—流量计；5—压缩氮气入口；6—石英舟。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明提出的一种酚醛树脂中残焦的测定方法进行进一步的介绍：
一种酚醛树脂中残焦的测定方法，包括以下步骤：
步骤一，器具恒重；
步骤二，试样处理；
步骤三，样品灼烧；
步骤四，残量结果计算；
步骤五，结果范围选定。
所述步骤一包括以下步骤：
首先，将实验用石英舟放置于500℃马弗炉中，灼烧1.5h，取出，置于干燥器中，冷却至室温后，称量并记录石英舟重量；
其次，再次将石英舟放入马弗炉中500℃下灼烧15min后，取出，置于干燥器中，冷却至室温后，称量并记录石英舟重量，直至前后二次石英舟的重量差小于±0.0002g。
所述步骤二中包括以下步骤：
首先，准确称取2.0000g±0.0005g的酚醛树脂于恒重好的石英舟中，放入烘箱后，逐渐升温，且过程中应严格控制升温速率在10℃/min，升到150℃后恒温1h，取出，于干燥器中冷却至室温后，置于连接好的高温管式炉内的石英管中央；
其次，塞好进样口磨口塞，以流速为600mL/min的氮气至少吹扫10min，吹扫完成后，把氮气流速降低至150mL/min，并以10～15℃/min的加热速率将高温管式炉加热到500℃。
所述步骤三中，使样品在500±2℃的高温管式炉中恒温15min，关闭自动加热炉电源，并让样品在氮气流600mL/min吹扫下自然冷却1.5h后，取出，将其放入干燥器中冷却至室温后，称量石英舟及烧后样品总重量。
所述步骤四中，根据公式(1)计算酚醛树脂的残焦量；
式中：
ω——酚醛树脂中残焦的含量，单位％；
m0——石英舟的质量，单位g；
m1——称取酚醛树酯的质量，单位g；
m2——灼烧后样品和石英舟的总质量，单位g。
所述步骤五中，分别称取6个酚醛树脂样品2.0000±0.0005g，每个样品分装在已恒重的石英舟中，于烘箱中固化后于高温管式炉中于500±5℃恒温10分钟，冷却至室温后称重，计算。
残焦是指将油品或树脂类聚合物放入高温反应容器中，在不通入氧气的条件下加热，使其蒸发，分解和焦化，排除形成的可蒸气体后所剩余的焦状黑色残留物，测定结果用质量百分数表示，其中残焦值的大小与试样中的化学组分与灰分含量有关，除灰分外，酚醛树脂中游离苯酚含量和苯环等物质是残焦的主要来源。本实验采用重量法，通过在高温管式炉(图1)的无氧环境下灼烧固化完成的酚醛树脂样品，然后在无氧环境下冷却至100℃以下，取出，在干燥器中冷却至室温，称重，再通过计算公式求出其残焦含量。
烘箱温度及时间的确定
树脂固化物含有较多的醚键(-CH2-O-CH2-)及次甲基键(-CH2-)，在高温下醚键和次甲基键均易断裂而使聚合物裂解，形成小分子物溢出，导致质量损失，因此根据酚醛树脂的熔点(40.9℃)，实验选择了以下温度进行固化实验。结果见表1：
表1烘箱温度的确定
结果表明：当烘箱温度为150℃，固化时间最短1h。
灼烧温度及时间的确定
根据酚醛树脂的结构特点，在200℃前质量损失小于1％，在230-400℃这个温度段，树脂处于高温分解段，会产生水，二氧化碳等小分子，不同温度段可能会有不同的分解反应，因此根据酚醛树脂的结构特性，选择炭化温度为500℃，但是炭化的时间的长短不能替代温度而影响炭化过程，因此选取在500℃下不同灼烧时间对残焦结果的影响进行考察，具体见下表：
表2同一温度下不同时间下的残焦量
灼烧时间 4min 7min 10min 13min 18min 25min
残焦量 54％ 52％ 50％ 56％ 49％ 53％
结果表明：在500℃炭化温度下恒温10min。
氮气流量的选择
在其它实验条件不变的情况下，考察了不同的氮气流量对试验结果的影响，如图所示，从图中曲线可以看出，对同一样品，随着氮气流量的增大，样品的残焦量减小，因此当测定样品的残焦时，要严格控制氮气流量，结果见下表。
表3不同氮气流量下残焦值
结果表明：最佳氮气流量确定为150mL/min。
样品冷却时间对测定结果的影响
改变样品在干燥器中的冷却时间，考察其对残焦值的影响，见表4：
表4冷却时间对残焦值的影响
冷却时间(min) 90 120 150 180 210 240
残焦量(％) 52 54 50 51 54 53
结果表明：样品的冷却时间不会影响到残焦值的测定。
精密度考察
经过分别测定6组酚醛树脂的残焦量，得出此方法的精密度
表5精密度考察
实施例
器具恒重
将实验用石英舟(6)放置于500℃马弗炉中，灼烧1.5h，取出，置于干燥器中，冷却至室温后，称量并记录石英舟(6)重量。
再次将石英舟(6)放入马弗炉中500℃下灼烧15min后，取出，置于干燥器中，冷却至室温后，称量并记录石英舟重量。直至前后二次石英舟(6)的重量差小于±0.0002g。
试样处理
准确称取2.0000g±0.0005g的酚醛树脂于恒重好的石英舟(6)中，放入烘箱后，逐渐升温，且过程中应严格控制升温速率在10℃/min，升到150℃后恒温1h，取出，于干燥器中冷却至室温后，置于连接好的高温管式炉(1)内的石英管(2)中央，塞好进样口磨口塞(3)，以流速为600mL/min(由4流量计读出)的氮气至少吹扫10min(氮气从5吹入)，吹扫完成后，把氮气流速降低至150mL/min，并以10～15℃/min的加热速率将高温管式炉加热到500℃，其中高温管式炉的升温速率无要求。
使样品在500±2℃的高温管式炉中恒温15min，关闭自动加热炉电源，并让样品在氮气流(600mL/min)吹扫下自然冷却1.5h后，取出，将其放入干燥器中冷却至室温后，称量石英舟及烧后样品总重量，根据计算公式得出酚醛树脂的残焦量。
结果范围考察
分别称取6个酚醛树脂样品2.0000±0.0005g，每个样品分装在已恒重的石英舟中，于烘箱中固化后于高温管式炉中于500±5℃恒温10分钟，冷却至室温后称重，计算。结果见表5。
表5残焦量范围
结果表明，酚醛树脂残焦量的测定极差为8％。

Claims (6)

1.一种酚醛树脂中残焦的测定方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，器具恒重；
步骤二，试样处理；
步骤三，样品灼烧；
步骤四，残量结果计算；
步骤五，结果范围选定。
2.如权利要求1所述的一种酚醛树脂中残焦的测定方法，其特征在于：所述步骤一包括以下步骤：
首先，将实验用石英舟放置于500℃马弗炉中，灼烧1.5h，取出，置于干燥器中，冷却至室温后，称量并记录石英舟重量；
其次，再次将石英舟放入马弗炉中500℃下灼烧15min后，取出，置于干燥器中，冷却至室温后，称量并记录石英舟重量，直至前后二次石英舟的重量差小于±0.0002g。
3.如权利要求1所述的一种酚醛树脂中残焦的测定方法，其特征在于：所述步骤二中包括以下步骤：
首先，准确称取2.0000g±0.0005g的酚醛树脂于恒重好的石英舟中，放入烘箱后，逐渐升温，且过程中应严格控制升温速率在10℃/min，升到150℃后恒温1h，取出，于干燥器中冷却至室温后，置于连接好的高温管式炉内的石英管中央；
其次，塞好进样口磨口塞，以流速为600mL/min的氮气至少吹扫10min，吹扫完成后，把氮气流速降低至150mL/min，并以10～15℃/min的加热速率将高温管式炉加热到500℃。
4.如权利要求1所述的一种酚醛树脂中残焦的测定方法，其特征在于：所述步骤三中，使样品在500±2℃的高温管式炉中恒温15min，关闭自动加热炉电源，并让样品在氮气流600mL/min吹扫下自然冷却1.5h后，取出，将其放入干燥器中冷却至室温后，称量石英舟及灼烧后样品总重量。
5.如权利要求1所述的一种酚醛树脂中残焦的测定方法，其特征在于：所述步骤四中，根据公式(1)计算酚醛树脂的残焦量；
ω = ( m 2 - m 0 ) m 1 × 100 % ... ( 1 )
式中：
ω——酚醛树脂中残焦的含量，单位％；
m0——石英舟的质量，单位g；
m1——称取酚醛树酯的质量，单位g；
m2——灼烧后样品和石英舟的总质量，单位g。
6.如权利要求1所述的一种酚醛树脂中残焦的测定方法，其特征在于：所述步骤五中，分别称取6个酚醛树脂样品2.0000±0.0005g，每个样品分装在已恒重的石英舟中，于烘箱中固化后于高温管式炉中于500±5℃恒温10分钟，冷却至室温后称重，计算。
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