定義
酚醛樹脂也叫電木,又稱電木粉。原為無色或黃褐色透明物,市場銷售常常加著色劑而呈紅、黃、黑、綠、棕、藍等顏色,有顆粒、粉末狀。耐弱酸和弱堿,遇強酸發作合成,遇強堿發作腐蝕。不溶于水,溶于丙酮、酒精等有機溶劑中。苯酚醛或其衍生物縮聚而得。
中文名 |
化學式 |
C7H6O2 |
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英文名 |
PHENOL-FORMALDEHYDE RESIN |
分子量 |
122.12134 |
別稱 |
電木 |
CAS登錄號 |
9003-35-4 |
降生 |
1872年 |
二、主要性能
固體酚醛樹脂為黃色、透明、無定形塊狀物質,因含有游離酚而呈微紅色,實體的比重均勻1.7左右,易溶于醇,不溶于水,對水、弱酸、弱堿溶液穩定。由苯酚和甲醛在催化劑條件下縮聚、經中和、水洗而制成的樹脂。因選用催化劑的不同,可分為熱固性和熱塑性兩類。酚醛樹脂具有良好的耐酸性能、力學性能、耐熱性能,普遍應用于防腐蝕工程、膠粘劑、阻燃資料、砂輪片制造等行業。
液體酚醛樹脂為黃色、深棕色液體,如:堿性酚醛樹脂主要做鑄造黏結劑。
高溫性能
酚醛樹脂最重要的特征就是耐高溫性,即便在十分高的溫度下,也能堅持其構造的整體性和尺寸的穩定性。正由于這個緣由,酚醛樹脂才被應用于一些高溫范疇,例如耐火資料,摩擦資料,粘結劑和鑄造行業。
粘結強度
酚醛樹脂一個重要的應用就是作為粘結劑。酚醛樹脂是一種多功用,與各種各樣的有機和無機填料都能相容的物質。設計正確的酚醛樹脂,潤濕速度特別快。并且在交聯后能夠為磨具、耐火資料,摩擦資料以及電木粉提供所需求的機械強度,耐熱性能和電性能。
水溶性酚醛樹脂或醇溶性酚醛樹脂被用來浸漬紙、棉布、玻璃、石棉和其它相似的物質為它們提供機械強度,電性能等。典型的例子包括電絕緣和機械層壓制造,離合器片和汽車濾清器用濾紙。
高殘碳率
在溫度大約為1000℃ 的惰性氣體條件下,酚醛樹脂會產生很高的殘碳,這有利于維持酚醛樹脂的構造穩定性。酚醛樹脂的這種特性,也是它能用于耐火資料范疇的一個重要緣由。
低煙低毒
與其他樹脂系統相比,酚醛樹脂系統具有低煙低毒的優勢。在熄滅的狀況下,用科學配方消費出的酚醛樹脂系統,將會遲緩合成產生氫氣、碳氫化合物、水蒸氣和碳氧化物。合成過程中所產生的煙相對少,毒性也相對低。這些特性使酚醛樹脂適用于公共運輸和平安請求十分嚴厲的范疇,如礦山,防護欄和建筑業等。
抗化學性
交聯后的酚醛樹脂能夠抵抗任何化學物質的合成。例如汽油,石油,醇,乙二醇,油脂和各種碳氫化合物。因其抗化學穩定性,合適用于制造廚衛用具、飲用水凈化設備(酚醛碳纖維)、電木茶盤茶具、并普遍用于罐頭及易拉罐(國度規范GB 05009.069-2003)、液體容器等食品飲料包裝資料中。
熱處置
熱處置會進步固化樹脂的玻璃化溫度,能夠進一步改善樹脂的各項性能。玻璃化溫度與結晶固體如聚丙烯的凝結狀態類似。酚醛樹脂最初的玻璃化溫度與在最初固化階段所用的固化溫度有關。熱處置過程能夠進步交聯樹脂的活動性促使反響進一步發作,同時也能夠除去殘留的揮發酚,降低收縮、加強尺寸穩定性、硬度和高溫強度。同時,樹脂也趨向于收縮和變脆。樹脂后處置升溫曲線將取決于樹脂最初的固化條件和樹脂系統。
發泡性
酚醛泡沫是由酚醛樹脂經過發泡而得到的一種泡沫塑料。與早期占市場主導位置的聚苯乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等資料相比,在阻燃方面它具有特殊的優秀性能。其重量輕,剛性大,尺寸穩定性好,耐化學腐蝕,耐熱性好,難燃,自熄,低煙霧,耐火焰穿透,遇火無灑落物,價錢低廉,是電器、儀表、建筑、石油化工等行業較為理想的絕緣隔熱保溫資料,因此遭到人們的普遍注重。
酚醛泡沫已成為泡沫塑料中開展最快的種類之一。消費量不時增長,應用范圍不時擴展,國內外研討和開發都相當活潑。但是,酚醛泡沫最大的弱點是脆性大,開孔率高,因而進步它的韌性是改善酚醛泡沫性能的關鍵技術。
三、合成工藝
1、加成反響
在恰當條件下,一元羥甲基苯酚繼續停止加成反響,就可生成二元及多元羥甲基苯酚。
2、縮合及縮聚反響
縮合及縮聚反響,隨反響條件的不同能夠發作在羥甲基苯酚與苯酚分子之間,也可發作在各個羥甲基苯酚分子之間。
縮合反響不時停止的結果是縮聚構成一定分子量的酚醛樹脂,由于縮聚反響具有逐漸的特性,中間產物相當穩定因此可以別離而加以研討。
多年來研討剖析通常以為,影響酚醛樹脂的合成、構造及特性的主要要素為如下四點:
(1)原料的化學構造;
(2)酚與醛的摩爾比;
(3)反響介質的酸、堿性;
(4)消費操作辦法。
怎樣認識加聚反響和縮聚反響
加聚反響和縮聚反響是合成有機高分子的兩種根本反響。這兩種反響固然都由單體(小分子)產生高聚物(大分子)的反響,但它們還是有著實質的區別。
加聚反響是加成聚合反響的簡稱,是指以不飽和烴或含不飽和鍵的物質為單體,經過不飽和鍵的加成,聚合成高聚物的反響。例如,乙烯加聚成聚乙烯,是在恰當的溫度、壓強和催化劑存在的條件下,乙烯分子中的雙鍵會斷裂其中的一個鍵,發作加成反響,使乙烯分子里的碳原子分離成為很長的鍵。
反響的產物是聚乙烯,它是一種相對分子質量很大的化合物,其分子組成能夠表示為(C2H4)n。
加聚反響依據參與反響的單體品種,又分為均聚反響和共聚反響。僅由一種單體發作的加聚反響叫做均聚反響,合成聚乙烯的反響就是均聚反響。由兩種以上單體共同參與的聚合反響叫共聚反響。例如,合成丁苯橡膠的反響即為共聚反響。
加聚反響的特性是:
(1)單體必需是含有雙鍵等不飽和鍵的化合物。例如,氯乙烯、丙烯腈等含不飽和鍵的物質,在一定條件下,都能夠發作加聚反響。
(2)加聚反響發作在不飽和鍵上。
(3)發作加聚反響的過程中,沒有副產物產生,得到高聚物的化學組成跟單體的化學組成相同。
(4)加聚反響生成的高聚物相對分子質量為單體相對分子質量的整數倍。
縮聚反響是縮合聚合反響的簡稱,是指單體之間互相作用生成高分子,同時還生成小分子(如水、氨、鹵化氫等)的聚合反響。例如合成酚醛樹脂的反響就是縮聚反響。合成酚醛樹脂通常是以苯酚和甲醛為原料,在催化劑作用下,經縮聚反響而得到。
縮聚反響依據參與反響的單體種數又分為共縮聚和均縮聚,由不同種單體參與的縮聚反響稱為共縮聚。如酚醛樹脂的合成反響就是共縮聚,它是由苯酚和甲醛兩種物質為單體的。由同種單體停止的縮聚反響稱為均縮聚。如氨基酸聚合成多肽的縮聚反響就屬均縮聚。
縮聚反響的特性是:
(1)單體不一定含有不飽和鍵,但必需含有兩個或兩個以上的反響基團(如—OH、—COOH、—NH2、—X等)。
(2)縮聚反響的結果,不只生成高聚物,而且還有副產物(小分子)生成。
(3)所得高分子化合物的化學組成跟單體的化學組成不同。
由上可見,加聚反響和縮聚反響的單體構造、反響機理、產物的化學組成都是截然不同的。
四、工藝開展史
1905~1909年L.H.貝克蘭對酚醛樹脂及其成型工藝停止了系統的研討,1910年在柏林呂格斯工廠樹立通用酚醛樹脂公司,完成了工業消費。
1911年J.W.艾爾斯沃思提出用六亞甲基四胺固化熱塑性酚醛樹脂,并制得了性能良好的塑料制品,取得了普遍的應用。
1969年,由美國金剛砂公司開發了以苯酚-甲醛樹脂為原料制得的纖維,隨后由日本基諾爾公司投入消費?,F美國、蘇聯和中國也有消費。酚醛樹脂的消費至今不衰,1984年世界總產量約1946kt,居熱固性樹脂的首位。
中國自20世紀40年代開端消費,1984年產量為77.6kt。 消費辦法常用的原料為苯酚、間苯二酚、間甲酚、二甲酚、對叔丁基或對苯基酚和甲醛、糠醛等。消費過程包括縮聚和脫水兩步。按配方將原料投入反響器并混合平均,參加催化劑,攪拌,加熱至55~65℃,反響放熱使物料自動升溫至沸騰。爾后,繼續加熱堅持微沸騰(96~98℃)至終點,經減壓脫水后即可出料。開發勝利連續縮聚消費酚醛樹脂新工藝。影響樹脂合成和性能的主要要素為酚與醛的化學構造、摩爾比和反響介質的pH。酚與醛的摩爾比大于或等于1時,初始產物為一羥甲基酚,,縮聚時生成線型樹脂;小于1時,生成多羥甲基酚衍生物,構成的縮聚樹脂可交聯固化。反響介質的pH小于7時,生成的羥甲基酚很不穩定,易縮聚成線型樹脂;pH大于7時,縮聚遲緩,有利于多羥甲基酚衍生物的生成。消費熱塑性酚醛樹脂常用鹽酸、磷酸、草酸作催化劑(見酸堿催化劑)使介質pH為0.5~1.5。為防止猛烈沸騰,催化劑可分次參加。沸騰反響時間普通為3~6h。脫水可在常壓或減壓下停止,最終脫水溫度為140~160℃,樹脂分子量為500~900。消費熱固性酚醛樹脂可用氫氧化鈉、氫氧化鋇、氨水和氧化鋅作催化劑,沸騰反響時間1~3h,脫水溫度普通不超越90℃,樹脂分子量為500~1000。強堿催化劑有利于增大樹脂的羥甲基含量和與水的相溶性。氨催化劑能直接參與樹脂化反響,相同配方制得的樹脂分子量較高,水溶性差。氧化鋅催化劑能制得儲存穩定性好的高鄰位構造酚醛樹脂。
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