⑴ 酚醛樹脂的合成生產工藝及流程(落後的不要)
2、液體酚醛樹脂的生產工藝
(1)生產液體酚醛樹脂時甲醛的加入量要比正常的需要量略多一些,甲醛量多一些樹脂的生產速度快,產量高,游離酚減少。通常取苯酚與甲醛的克分子比為:6 :7;催化劑氨水加入量為苯酚加入量的4%,(氨水中氫氧化銨含量按25%計時)。當混合物料加熱到85℃左右時,可停止加熱,物料以縮聚反應放出的熱量自行升溫到98℃左右,並開始沸騰,當反應過於激烈時應通水冷卻。
(2)液體酚醛樹脂的生產工藝流程,見圖1
氨水
苯酚
甲醛
加熱熔化
反應釜
加熱縮聚
脫水
液體樹脂
圖1 液體酚醛樹脂生產工藝流程
樹脂合成後採用真空脫水,水分和揮發分脫除的比較干凈,過多的水分和揮發分殘留在樹脂中在磨具硬化時易發泡。酚醛樹脂生產設備示意圖見圖2。
圖2 酚醛樹脂生產裝置示意圖
1-反應釜; 2-反應釜夾套;3-進料口;4-電機、減速器;5-溫度計;6-錨式攪拌器;7-出料口;8-冷凝器
9-放空閥;10-脫水缸;11-真空泵
(3)液體酚醛樹脂的性質 液體酚醛樹脂常溫下是棕紅色粘稠液體,有刺激性氣味。比重1.15-1.2。能溶於乙醇、丙酮、糠醛等溶劑中。樹脂中游離酚含量為10-18%。
液體酚醛樹脂在100℃的溫度下保持2個小時仍有流動性,屬甲階,稱A型,A型的特點是能溶於酒精中。
在120℃保持2小時則失去流動性,變為乙階、稱B型。B型樹脂的特點是不溶於酒精,但略有膨脹,成彈性體。在130℃以上保持2個小時則成堅硬的固體,屬丙階,稱C型。C型樹脂的特點是不溶於酒精,不變形;加熱不溶化;加熱到230℃以上則炭化。
(4)液體酚醛樹脂的性質對磨具性能的影響
① 樹脂粘度 液體樹脂的粘度和溫度和固體含量有關,固體含量高、溫度低則粘度高,反之則粘度低。作為粉狀酚醛樹脂潤濕劑使用時,低粘度的溶解能力較強,生產的磨具機械強度較高;樹脂的粘度用落球法或杯流法測定。作為粉狀潤濕劑使用的液體酚醛樹脂的粘度一般用杯流法測定,數值在40-400秒之間。
② 游離酚的影響 液體酚醛樹脂中有一部分沒有參加反應的苯酚,稱為游離酚。游離酚在做為潤濕劑的樹脂中應控制在28%以下。雖然游離酚的這個數值較高,但因為苯酚可以溶解粉狀樹脂,使型料有較好的可塑性,有利於樹脂對磨粒的粘結,可以提高磨具的強度。
③ 固體含量 將重量為W1(約5-10克)的樹脂在150℃-180℃的溫度下加熱1小時的剩餘量W2,按式(1),(2)計算出x稱固含量,y為聚合損耗。
(1)
(2)
x ——固體含量
y ——聚合損耗
W1——加熱前樹脂量
W2——加熱後樹脂量
對於用粉狀樹脂生產磨具,作為潤濕劑的液體酚醛樹脂只佔樹脂總量的1/3左右,而且也可以和粉狀樹脂的數量互換,因液體量大時對磨料潤濕好,對粉狀樹脂的溶解增強,所以雖然液體樹脂的固體含量較低,但液體酚醛樹脂用量增加並不降低磨具的強度和硬度。作為潤濕劑的酚醛樹脂其固體含量要求大於65%,聚合損耗小於35%。
⑵ TBBA與環氧綠丙烷如何反應生成溴化環氧樹脂
您好,樂意給您回答問題。 以萘酚和甲醛縮合,得到平均分子量在300-2000之間的多羥基萘酚酚醛樹脂(NPN),NPN再與蠢櫻環氧氯丙烷(ECH)進行環氧化反應,然後再與四溴雙酚A(TBBA)進行擴鏈反應,通過這種路徑,即可合成得到了高性能溴化萘酚酚醛環氧樹脂(ENPNB)。 最佳實驗條件為:萘帶差叢酚酚醛樹脂的合成溫度在100℃左右,反應時間4h;合成萘酚酚醛環氧樹脂的反應溫度在90℃左右,真空度約0.07MPa,反應時間慶凱為8h,鹼的摩爾數為酚羥基當量的0.9-1.1倍;含溴萘酚酚醛環氧樹脂的反應溫度為150℃。控制TBBA/ENPN摩爾比為1:2,反應時間為4h,產物的固化以DDS為固化劑,2-MI作促進劑,在真空度為0.1MPa,溫度為190℃的恆溫乾燥箱中固化130min。
⑶ 酚醛樹脂 比重 是多少
上面那位兄弟 你弄錯了吧!!PE是聚苯乙烯。別亂虎人。不好。
酚醛樹脂的比重和它的聚合度有關系。只能是相對的。
我大學的時候做過水溶性酚醛樹脂和固態樹脂這兩種比重都不同。我不好回答你的。
酚醛樹脂
phenolic resin
酚與醛經聚合製得的合成樹脂統稱,其中以苯酚-甲
醛樹脂最重要。酚醛樹脂有熱塑性和熱固性兩類。熱塑
性酚醛樹脂(或稱兩步法酚醛樹脂),為淺色至暗褐色
脆性固體,溶於乙醇、丙酮等溶劑中,長期具有可溶可
熔性,僅在六亞甲基四胺或聚甲醛等交聯劑存在下,才
固化(加熱時可快速固化)。主要用於製造壓塑粉,也用
於製造層壓塑料、清漆和膠粘劑。熱固性酚醛樹脂(或
稱一步法酚醛樹脂),可根據需要製成固體、液體和乳
液,都可在熱或(和)酸作用下不用交聯劑即可交聯固
化。為指導樹脂合成和成型加工,常將其固化過程分為
A、B、C三個階段。具有可溶可熔性的預聚體稱作A階酚
醛樹脂;交聯固化為不溶不熔的最終狀態稱C階酚醛樹脂;
在溶劑中溶脹但又不完全溶解,受熱軟化但不熔化的中
間狀態稱B階酚醛樹脂,熱固性酚醛樹脂存放過程中粘度
逐漸增大,最後可變成不溶不熔的C階樹脂。因此,其存
放期一般不超過3~6個月。熱固性酚醛樹脂可用於製造
各種層壓塑料、壓塑粉、清漆、耐腐蝕塑料、膠粘劑和
改性其他高聚物。
沿革 苯酚-甲醛樹脂是最早工業化的合成樹脂。
1905~1909年L.H.貝克蘭對酚醛樹脂及其成型工藝進行
了系統的研究,1910年在柏林呂格斯工廠建立通用酚醛
樹脂公司,實現了工業生產。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,並製得了性能
良好的塑料製品,獲得了廣泛的應用。1969年,由美國
金剛砂公司開發了以苯酚-甲醛樹脂為原料製得的纖維,
隨後由日本基諾爾公司投入生產。現在美國、蘇聯和中
國也有生產。酚醛樹脂的生產至今不衰,1984年世界總
產量約1946kt,居熱固性樹脂的首位。中國自40年代開
始生產,1984年產量為77.6kt。
生產方法 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。生產過
程包括縮聚和脫水兩步。按配方將原料投入反應器並混
合均勻,加入催化劑,攪拌,加熱至55~65℃,反應放
熱使物料自動升溫至沸騰。此後,繼續加熱保持微沸騰
(96~98℃)至終點,經減壓脫水後即可出料。近年來,
開發成功連續縮聚生產酚醛樹脂新工藝。
影響樹脂合成和性能的主要因素為酚與醛的化學結
構、摩爾比和反應介質的pH。酚與醛的摩爾比大於或等
於1時,初始產物為一羥甲基酚,縮聚時生成線型樹脂;小
於1時,生成多羥甲基酚衍生物,形成的縮聚樹脂可交聯
固化。反應介質的pH小於7時,生成的羥甲基酚很不穩定,
易縮聚成線型樹脂;大於7時,縮聚緩慢,有利於多羥甲
基酚衍生物的生成。
生產熱塑性酚醛樹脂常用鹽酸、磷酸、草酸作催化
劑(見酸鹼催化劑)使介質pH為0.5~1.5。為避免劇烈沸
騰,催化劑可分次加入。沸騰反應時間一般為3~6h。脫
水可在常壓或減壓下進行,最終脫水溫度為140~160℃。
樹脂分子量為500~900。生產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,沸騰反應時
間1~3h,脫水溫度一般不超過90℃,樹脂分子量為500
~1000。強鹼催化劑有利於增大樹脂的羥甲基含量和與
水的相溶性。氨催化劑能直接參加樹脂化反應,相同配
方製得的樹脂分子量較高,水溶性差。氧化鋅催化劑能
製得貯存穩定性好的高鄰位結構酚醛樹脂。
應用 酚醛樹脂主要用於製造各種塑料、塗料、膠
粘劑及合成纖維等。
壓塑粉 生產模壓製品的壓塑粉是酚醛樹脂的主要
用途之一。採用輥壓法、螺旋擠出法和乳液法使樹脂浸
漬填料並與其他助劑混合均勻,再經粉碎過篩即可製得
壓塑粉。常用木粉作填料,為製造某些高電絕緣性和耐
熱性製件,也用雲母粉、石棉粉、石英粉等無機填料。
壓塑粉可用模壓、傳遞模塑和注射成型法製成各種塑料
製品。熱塑性酚醛樹脂壓塑粉主要用於製造開關、插座、
插頭等電氣零件,日用品及其他工業製品。熱固性酚醛
樹脂壓塑粉主要用於製造高電絕緣製件。
增強酚醛塑料 以酚醛樹脂(主要是熱固性酚醛樹
脂)溶液或乳液浸漬各種纖維及其織物,經乾燥、壓制
成型的各種增強塑料是重要的工業材料。它不僅機械強
度高、綜合性能好,而且可進行機械加工。以玻璃纖維、
石英纖維及其織物增強的酚醛塑料主要用於製造各種制
動器摩擦片和化工防腐蝕塑料;高硅氧玻璃纖維和碳纖
維增強的酚醛塑料是航天工業的重要耐燒蝕材料。
酚醛塗料 以松香改性的酚醛樹脂、丁醇醚化的酚
醛樹脂以及對叔丁基酚醛樹脂、對苯基酚醛樹脂均與桐
油、亞麻子油有良好的混溶性,是塗料工業的重要原料。
前兩者用於配製低、中級油漆,後兩者用於配製高級油
漆。
酚醛膠 熱固性酚醛樹脂也是膠粘劑的重要原料。
單一的酚醛樹脂膠性脆,主要用於膠合板和精鑄砂型的
粘結。以其他高聚物改性的酚醛樹脂為基料的膠粘劑,
在結構膠中佔有重要地位。其中酚醛-丁腈、酚醛-縮醛、
酚醛-環氧、酚醛-環氧-縮醛、酚醛-尼龍等膠粘劑具有
耐熱性好、粘結強度高的特點。酚醛-丁腈和酚醛-縮醛
膠粘劑還具有抗張、抗沖擊、耐濕熱老化等優異性能,
是結構膠粘劑的優良品種。
酚醛纖維 主要以熱塑性線型酚醛樹脂為原料,經
熔融紡絲後浸於聚甲醛及鹽酸的水溶液中作固化處理,
得到甲醛交聯的體型結構纖維。為提高纖維強度和模量,
可與 5%~10%聚醯胺熔混後紡絲。這類纖維為金黃或
黃棕色纖維,強度為11.5~15.9cN/dtex,抗燃性能突出,
極限氧指數為34,瞬間接觸近7500℃的氧-乙炔火焰,不
熔融也不延燃,具有自熄性,還能耐濃鹽酸和氫氟酸,但
耐硫酸、硝酸和強鹼的性能較差。主要用作防護服及耐
燃織物或室內裝飾品,也可用作絕緣、隔熱與絕熱、過
濾材料等,還可加工成低強度、低模量碳纖維、活性炭
纖維和離子交換纖維等。
⑷ 誰知道 酚醛樹脂 具體是怎麼做成的
一、酚醛樹脂
酚醛樹脂是由苯酚和甲醛在酸、鹼觸媒作用下合成的。由於工藝不同可以製成液體酚醛樹脂和粉狀酚醛樹脂兩種。
1、製造酚醛樹脂的原材料
(1)苯酚
苯酚又稱石炭酸,純白無色針狀晶體,在空氣中可氧化成淺粉色。
分子式
C6H5OH
分子量
94.11
比重
1.0545g/cm3
熔點
40.8℃
沸點
182℃
苯酚能溶於熱水,溶於酒精,鹼等。有弱酸性,易滲入皮膚,引起過敏現象。將2%左右的苯酚肥皂水溶液用於消毒,醫用名稱「來蘇兒」。
表1 製造酚醛樹脂用的苯酚的技術條件
名稱
苯酚(又名石炭酸)
分子式
C6H5OH
外觀
有特殊氣味的無色結晶,在空氣中顯粉紅色
酸鹼性
呈弱酸性
含量要求
苯酚含量96%
(2)甲醛
甲醛為無色氣體,用於製造酚醛樹脂的是甲醛的水溶液。
甲醛分子式
HCHO
分子量
30.03
氣體比重
1.067 即比空氣略重
液體比重
(-20℃)0.815
熔點
-92℃
沸點
-21℃
甲醛溶於水和酒精,40%的水溶液醫學上稱 「福爾馬林」,做防腐劑使用。長期存放的甲醛易聚合沉澱出白色塊狀物,加入8-12%的甲醇(CH3OH)可防聚合。甲醛具有強烈的刺激性氣味,能刺激眼睛和呼吸道粘膜,並引起皮膚過敏現象。甲醛的技術條件見表2
表2 甲醛的技術條件
名稱
甲醛(水溶液)
分子式
HCHO
分子量
30.03
溶解性
能溶於水,最大濃度可達50%
使用要求
甲醛含量 >34%,沉澱物<1%
(3)催化劑
① 鹼性催化劑 氫氧化鈉、氫氧化鋇、氫氧化銨等都可以做合成酚醛樹脂的催化劑生成液體酚醛樹脂。
磨料磨具行業用的液體酚醛樹脂通常是用氫氧化銨作催化劑,因氫氧化銨屬於弱鹼性。對不耐鹼地酚醛樹脂影響不大。殘留部分在硬化加熱時大部分揮發掉了,所以用氫氧化銨作催化劑的酚醛樹脂具有較高的強度,耐水性較好。氫氧化鋇也是較好的催化劑;而氫氧化鈉是一種強鹼,殘留在磨具的結合劑中對磨具有破壞作用,因此在磨具製造中很少使用氫氧化鈉作催化劑的酚醛樹脂。
苯酚與甲醛生成樹脂的反應速度隨催化劑的用量增多而加快,但是反應太快則不易控制,通常氫氧化銨的水溶液用量為苯酚的3-6%。
作為催化劑的氫氧化銨含量不小於17%,比重為0.88-0.92 g/cm3。
②酸性催化劑 生產粉狀的酚醛樹脂通常使用鹽酸作催化劑。鹽酸是氯化氫的水溶液。工業鹽酸的氯化氫含量為25-40%,比重為1.12-1.20。用量以苯酚為100%計,鹽酸加入量,以純HCl計為0.1-0.3%。殘留在樹脂中的鹽酸在硬化加熱過程中幾乎全部揮發掉,對樹脂性能沒有明顯影響。
⑸ 酚醛樹脂的合成工藝路線、方法、原理是其間的關鍵技術或需注意之處是
酚醛樹脂是以酚類化合物與醛類化合物為原料經縮聚反應製得的合成樹脂的總稱。它是最早實現工業化的合成樹脂,由於它具有很多優點,如絕緣性能好、隔熱、防腐、防潮、其模塑品強度高、尺寸穩定性好,耐高溫、價廉等,因此在現代工業中是應用最廣的塑料之一。本實驗是在酸性催化劑下,使甲醛與過量的苯酚縮聚而得到熱塑性樹脂。其反應式為: 分子量在1000以下。可加熱熔融,可溶於丙酮、酒精或鹼性溶液中。三、實驗內容1、實驗葯品 苯酚 甲醛(30%水溶液) 鹽酸(d=1.19)2、實驗步驟 將40g苯酚及33g甲醛溶液放入250ml的三口燒瓶中混合,用水浴加熱,溫度維持在60±2℃,取樣2~3g後,加入0.5ml鹽酸,反應立即開始,每隔30min用滴管取樣2~3g樣品放入三角瓶中,進行分析。反應3h後,將三口燒瓶內所有物料倒入水蒸發器中,冷卻倒掉上層水,將下層縮聚物用水攪拌洗滌數次,直到呈中性為止。然後用小火加熱,以除去水及未反應的苯酚等揮發成分。揮發完畢後泡沫消失,而且樹脂表面變得光滑。當溫度約達170~180℃時,停止加熱,把樹脂放在鐵皮上 使其冷卻,稱其產量,計算產率。四、苯酚存在下甲醛含量的測定 1、分析甲醛含量: 根據甲醛與亞硫酸鈉作用,生成氫氧化鈉,然後用標准鹽酸溶液滴定生成的氫氧化鈉 。2、測定步驟: 將准確稱量過的2—3g苯酚、甲醛混合物置於250ml的錐形瓶中,加入25ml蒸餾水,再加入3滴百里酚酞指示劑,用CNaOH=0.1mol·L-1NaOH標准液滴定至溶液出現藍色。然後加入1mol亞硫酸鈉溶液25ml,為了使亞硫酸鈉與甲醛反應完全,混合物在室溫下放置2h,然後用CHCl=0.5mol·L-1鹽酸滴定至藍色褪去。甲醛的百分含量計算式為:x%=C·V·MHCHO/1000W式中:x——甲醛含量 V——滴定所消耗的鹽酸體積,ml C——鹽酸的mol濃度 W——稱量樣品物質量 MHCHO——甲醛分子量五、實驗數據處理1、實驗數據:反 應時 間反 應現 象反 應溫 度取 樣空瓶質量g空瓶質量+樣品質量g物料量g百分含量 2、根據分析結果,計算在不同時間甲醛的轉化率,以時間對甲醛的濃度作圖。六、思考題:1、計算配方中苯酚甲醛mol比,為什麼要如此配方?2、苯酚與甲醛縮聚為什麼既能生成線型縮聚物,又能生成體型縮聚物?任務書實驗項目考核標准成果展示實驗室規則總結
⑹ 酚醛樹脂發泡時,粘度和固化時間多少為合適啊謝謝
酚醛泡沫是由酚醛樹脂通過發泡而得到的一種泡沫塑料。與早期占市場主導地位的聚苯乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等材料相比,在阻燃方面它具有特殊的優良勝能。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,價格低廉,是電器、儀表、建築、石油化工等行業較為理想的絕緣隔熱保溫材料,因而受到人們的廣泛重視。目前,酚醛泡沫已成為泡沫塑料中發展最快的品種之一。消費量不斷增長,應用范圍不斷擴大,國內外研究和開發都相當活躍。然而,酚醛泡沫最大的弱點是脆性大,開孔率高,因此提高它的韌性是改善酚醛泡沫性能的關鍵技術。本文主要就酚醛泡沫的制備中所用發泡助劑、發泡機理和泡沫增韌的新進展作一介紹。
2 發泡助劑
2.1 催化劑/固化劑
酚醛泡沫一般是在室溫或低熱條件下制備,因此需以酸作催化劑。當酸作催化劑時,酸能加速樹脂分子間的縮聚反應,反應放出的熱量促使發泡劑急劇氣化,而使乳化樹脂膨起,同時樹脂固化。反應的催化劑也是樹脂的固化劑。在環境溫度下固化劑的類型和數量對獲得優質泡沫是極其重要的。固化劑的選擇應使聚合物的固化速度與發泡速度匹配。因此,要求所用的固化劑能夠使固化速度在很寬的范圍內變化,固化反應本身又能在比較低的溫度下進行。
固化劑分無機酸和有機酸,無機酸如硫酸、鹽酸、磷酸等。有機酸有草酸、已二酸、苯硝酸、酚硝酸、甲苯磺酸,苯磺酸,石油磺酸等。無機酸價格低,但固化速度太快,對金屬有很強的腐蝕作用,因此防腐成為酚醛泡沫使用中的一大難題。研究表明,可利用甲醇、乙醇、丙醇等稀釋無機酸達到緩蝕,也可加入抗腐蝕劑如氧化鈣、氧化鐵、碳酸鈣、無水硼砂、鹼金屬和鹼土金屬碳酸鹽及鋅、鋁等。有人已考慮用鹼中和劑來處理泡沫,但這種方法的有效性尚末得到證實。有關這方面的研究還在進行中。文獻曾報導,使用酸性的萘磺酸酚醛既起催化作用又參與酚醛的縮合反應,降低了酸的滲透性,對金屬的腐蝕性也就很小。文獻中還提到其它降低泡沫材料腐蝕性方法,如以鹽酸作固化劑時首先用真空法除去成型產品中易揮發物,再用NH3除去殘存的酸或在80-130℃條件下熱處理,或在樹脂配方添加中和劑等,這些方法使生產工藝復雜化,並增加成本。
現在採用芳族磺酸為基礎的固化劑很普遍。這是因為它腐蝕性小,並具有增塑作用。還有將有機酸和無機酸混合使用。為保證分散均勻,使用時應將固態有機磺酸配成高濃度的水溶液,一般溶液的濃度在40-65%為宜。
2.2 發泡劑
發泡劑是塑料發泡成型中發泡動力的來源塑料發泡方法一般分為機械發泡、物理發泡和化學發泡。機械發泡是藉助於機械的強烈攪拌,使氣體均勻地混入樹脂中形成氣泡。物理發泡則是藉助於溶解在樹脂中的發泡劑物理狀態的改變,形成大量的氣泡。以上兩種發泡完全是物理過程,沒有發生任何化學變化。化學發泡是發泡過程中使化學發泡劑發生化學變化,從而分解並產生大量氣體,使發泡過程進行。發泡劑的種類和用量對發泡效果具有重要影響。它直接影響泡沫密度,進而影響到產物的物理、機搬勝能。此外,使用發泡劑使泡沫具有大量球狀微孔,泡沫耐燃性及韌性提高。
根據酚醛樹脂發泡反應機理,大多數以物理發泡方法進行。物理發泡劑分惰性氣體和低沸點液體兩類。酚醛泡沫常用的發泡劑為各種沸點在30-60℃之間的揮發性液體,如氟利昂、氯化烴、正戊烷等。現在的科研和工廠生產中使用的發泡劑絕大多數仍然是氟氯烴化合物,其中以氟利昂一11與氟利昂-21的1:4(mol)混和物使用最廣泛。氟氯烴發泡劑效果非常好,但氟氯烴會破壞大氣的臭氧層,所以已限制使用且開始選擇代用品。在近期的專利中為減少對大氣臭氧層的危害,選擇了危害小的氟氯烴,如 CF32CF2CHC12、HCF2CF2CEt,被稱為不耗臭氧的發泡劑。還有人採用減少氟化物發泡劑的使用量,加入部分代用品,如 F-11和戊烷混合使用。在新的代用品中最有前途的當屬惰性氣體發泡劑二氧化碳、氮氣等。它們無毒、無污染,臭氧消耗系數(ODP)為零,溫室效應系數(GwP)很小,不燃,價廉易得,是氟利昂替代品研究的熱點,但難度較高。可喜的是有文獻報道,日本的Asahi化工公司的研究者用CO2代替氟氯烴作生產酚醛泡沫材料的發泡劑,效果良好。它們由酚醛共聚樹脂(含有羥甲基脲)與發泡劑CO2及催化劑混合物製得的酚醒泡沫材料。其密閉氣孔含量為96.0%,氣孔直徑為190μm,熱導率(JISA1412)為0.0231Kcal/m.h.℃,C O2含量為5.2%,脆度(JIS A9511)為11%。氯化烴中以二氯甲烷最常用,其化學性質較為穩定、發氣量也高於氟氯烴,故近年已有許多廠家用之代替氟氯烴或二者並用。在塑料發泡工業中有選用低沸點脂肪族烷烴G4-G7混合物如正戊烷作為發泡劑,但其效果不理想,還有易燃的危險。有時通過幾種發泡劑並用的辦法來解決發泡劑汽化溫度與樹脂固化反應速度相匹配的問題,這樣發泡劑在汽化時,樹脂已具有了適當的粘度,從而有利於泡孔結構的形成和穩定。
化學發泡劑也有應用,如發泡劑H(N,N一二亞硝基五次甲基四胺),它遇酸會強烈分解,釋放出氮氣,從而使樹脂發泡。
2.3 表面活性劑
表面活性劑的分子中含有親水結構和疏水結構,具有界面走向和降低液體樹脂的表面張力的作用,使泡沫塑料中親水性和疏水性相差很大的原料乳化成為均勻體系,各組分充分接觸,使各種反應能較平衡地進行。表面活性劑的用量雖小,只為樹脂的2-6%,但它對發泡工藝和產品性能影響很大。它可以保證發泡過程中各組份充分混合均勻,形成均勻微細多泡孔結構和穩定的閉孔率,還可以加快反應過程,縮短固化時間,對泡沫製品的抗壓強度,泡孔尺寸等均有較大的影響。
泡沫塑料發泡成型通常分三個階段。第一階段是在發泡基體的熔體或液體中形成大量均勻細密的氣泡核,然後再膨脹成具有要求泡體結構的泡體,最後通過加熱,固化定型,得到泡沫塑料製品。發泡第一階段是要製得以發泡劑為分散相、樹脂為連續相的乳狀液,在樹脂中形成大量分布均勻、粒徑微小的發泡劑液滴(氣泡核)。如單純以高速攪拌將發泡劑分散到樹脂中,這種分散體系極不穩定,容易破壞。表面活性劑能降低界面張力,使分散體系在熱力學上穩定。這時表面活性劑起到了乳化劑或勻泡劑的作用。當在高速攪拌下,往酚醛樹脂與發泡劑的乳狀液中加入固化劑時,酚醛發泡成型進入了第二階段。在固化劑作用下甲階樹脂發生縮合反應,轉化為乙階樹脂階段,最後固化為丙階樹脂,同時樹脂縮合釋放出的大量反應熱使發泡劑液滴氣化,發泡料在變稠的同時,體積迅速增大,原先的乳狀液已轉變成泡沫,此泡沫是不穩定的,已形成的氣泡可以繼續膨脹,也可能合並、塌陷或破裂。在酚醛泡沫沒有固化定型前表面活性劑起著穩定泡沫的作用。
酚醛泡沫塑料各組分之間的相容性較差,所以選用表面活性劑更要考慮其乳化性能。良好的乳化性能可以提高各組分混合的均勻程度,有利於形成均勻微細的泡孔結構,而且可以加快反應過程,縮短固化時間。此外表面活性劑還必須對固化劑的強酸性保持穩定。盡管能用於酚醛泡沫塑料的表面活性劑種類很多,但非離子型表面活性劑效果最好,較常用的有①脂肪醇聚氧乙烯、聚氧丙烯醚類;②烷基酚聚氧乙烯醚類,如壬基酚與環氧乙烷的加成物;③聚硅氧烷、聚氧乙烯、聚氧丙烯的嵌段共聚物,這類表面活性劑不僅有良好的泡沫穩定性能,而且有極強的乳化作用。
近年來也有研究者採用多種表面活性劑混合物來得到具有特定性能的泡沫,如池田義宏等用硅酮與十二烷基苯磺酸鈉混合的表面活性劑製成高吸水性泡沫。
3 泡沫增韌研究
酚醛樹脂結構上的薄弱環節是酚羥基和亞甲基易氧化。其泡沫延伸率低,質脆,硬度大,不耐彎曲。這大大限制了酚醛泡沫的應用,所以對泡沫的增韌是十分必要的。酚醛泡沫的增韌,可以通過以下幾種途徑實現:①在體系加入外增韌劑,通過共混的方式達到增韌的目的;②通過甲階酚醛樹脂與增韌劑的化學反應,達到增韌的目的;③用部分帶有韌性鏈的改性苯酚代替苯酚合成樹脂。
3.1 加入外增韌劑
這一改性方式要求樹脂和增韌體系須具有一定的混溶性,才能改善其脆性,提高韌性和抗壓性能,可根據溶解度參數δ預測有機化合物之間的混溶性。這種改性方式的實施一般是按如下步驟進行。首先合成普通的甲階酚醛樹脂,然後在體系內加入改性劑,脫水,發泡。這類改性劑常用的有三類。
第一類是橡膠彈性體改性劑。橡膠增韌酚醛樹脂屬物理摻混改性,但由於彈性體通常帶有活性的端基(如羧基、羥基等)和雙鍵,能與甲階酚醛樹脂中的羥甲基發生不同程度的接校或嵌段共聚反應。在樹脂固化及發泡過程中這些橡膠類彈性體段一般能從基體中析出,在物理上形成海島兩相結構。這種橡膠增韌的熱固性樹脂及泡沫的斷裂韌性比起未增韌的樹脂及泡沫有較大幅度的提高。常用的橡膠有丁腈、丁苯、天然橡膠和端羧基丁腈橡膠及其他含有活性基團的橡膠。增韌的效果還與共混比例等有關,橡膠量太少達不到效果,但若橡膠含量較高,影響耐熱性,同時也會影響酚醛橡膠間的相容性。橡膠的加入量一般宜控制在5-20%之間。
第二類是熱塑性樹脂。用於酚醛泡沫改性的有聚乙烯醇,聚乙二醇等。聚乙烯醇分子中的羥基有可能與酚醛縮聚物中的羥甲基發生化學反應,形成接枝共聚物。聚乙烯醇改性酚醛樹脂可提高泡沫的壓縮強度。據文獻報道,泡沫壓縮強度與聚乙烯醇的加入量有關。加入聚乙烯醇的量太少,壓縮強度提高不明顯;加入過多量的聚乙烯醇會導致粘鍋,使反應難以繼續進行。聚乙烯醇的加入量為苯酚重量的l.5-3%較為合適。
聚乙二醇也是酚醛樹脂有效的增韌劑。聚乙二醇中的一OH可能與樹脂中的一OH結合,但在鹼性條件下反應較困難。聚乙二醇中的一OH與樹脂中的一OH也可能形成部分氫鍵,使樹脂中導入長的柔性醚鏈,從而起到增韌的效果。葛東彪等人用不同分子量的聚乙二醇系列來增韌泡沫,發現改性效果隨著聚乙二醇分子量的增大而增大,分子量為1000時達到峰值,而後隨著聚乙二醇分子量的增大減小。所給出的結論是:先隨著分子量的增大,酚醛樹脂中導入的聚醚柔性鏈比較長,有利於拉伸強度和斷裂伸長率增大;但聚乙二醇分子量大於1000時,由於加人聚乙二醇的質量是一定的,其分子鏈兩端羥基所佔的比例相對減小,使得羥基和酚醛樹脂的羥甲基反應的機率減小,影響了聚乙二醇的改性效果。分子量適中的聚乙二醇1000和800改性的泡沫韌性最好。
聚乙二醇增韌改性的酚醛泡沫與純酚醛泡沫相比,不僅尺寸穩定性好、壓縮強度高、表觀密度適中,而且泡孔閉孔率較高、大小均勻、緻密,且易加工切割,斷面無或少碎屑。此外氯化聚乙烯(CPE)、聚氯乙烯(PVC)增韌樹脂及泡沫也有報道。
第三類是小分子物質如乙二醇。乙二醇增韌泡沫是合成酚醛樹脂後,按一定比例加入乙二醇混合均勻,依次加入穩定劑、發泡劑、均泡劑,攪拌均勻,然後加入固化劑,劇烈攪拌,迅速倒入准備好的模具中團模發泡,待其固化完全後脫模即可。
有人根據純酚醛泡沫與乙二醇改性酚醛泡沫(乙二醇含量為苯酚量15%)的紅外光譜圖的差別,推測乙二醇可能在酸催化作用下,部分或全部生成了甘油醇類的衍生物,參與了主反應。乙二醇的加入能在一定程度上改善酚醛泡沫的性能,提高其壓縮強度,改善其脆性,而又不太多地損失其阻燃性,最佳用量為10-15份/100份樹脂。此時其氧指數為37-38,壓縮強度為0.40MPa,密度為0.059g/cm3,如表1所示。
表1 泡沫性能與乙二醇加入量
A B C D E F
乙二醇/w% 25 20 15 10 5 0
密度/g.cm-3 0.064 0.06 0.059 0.058 0.056 0.062
壓縮強度/MPa 0.30 0.35 0.40 0.37 0.38 0.31
氧指數 35 37 37 38 38 40
添加短切玻纖也是外增韌的一種方法。短切玻纖屬於無機材料,常溫下無色、無味、無毒,易與酚醛樹脂混勻。短切玻纖經用偶聯劑處理後,與酚醛樹脂共混,然後發泡製成酚醛泡沫塑料。短切玻纖含量對改性酚醛泡沫塑料主要性能的影響見表2。
表2 短切破纖含量與酚醛泡沫性能
短切玻纖/w% 0 3 4 5 6 8 10
容重/kg.cm-3 60 60 60 60 62 68 80
脆性質量損失/% 40.0 28.0 25.0 22.0 21.0 17.7 15.0
氧指數 45 45 46 48 48 50 50
壓縮強度/MPa 0.20 0.25 0.26 0.28 0.31 0.39 0.43
由表2可知,隨著短切玻纖含量的增加,酚醛泡沫塑料的壓縮強度明顯提高,容重增加,脆性降低,氧指數升高,但共混物的粘度隨著短切玻纖含量的增加而升高,使發泡工藝難以控制,因此短切玻纖的含量一般控制在10%以下。文獻也報道了鄰苯二甲酸二辛酯、磷酸三甲苯酯等有機物質用於泡沫增韌。
3.2 化學增韌甲階酚醒樹脂
化學增韌改性方法是在合成甲階樹脂時加入改性劑,通過酚羥基和羥甲基的化學反應接枝上柔性鏈,從而得到內增韌的改性甲階樹脂,這種改性方法較共混方法的效果要好。
聚氨酯改性酚醛泡沫是一種很好的化學增韌方法,在日本、美國已進行了系列研究,取得了較好的成果。從採用的方法看有如下2種方式:①以糠醇樹脂、芳胺多元醇等作為聚氨酯組分中的多羥基化合物,將酚醛樹脂、多異氰酸酯(MDI、PAPI)和上述各種多元醇混合,加入發泡劑等助劑進行復合發泡。②聚醚、聚酯多元醇和異氰酸酯合成末端為一NCO基團的預聚體,再與酚醛樹脂、發泡助劑混合,進行復合發泡。
在聚氨酯改性酚醛泡沫制備過程中,無論採用何種改性方法,其反應機理是一致的。主要有兩種反應發生,①異氰酸酯基團和組分中的多羥基化合物的羥基進行交聯或擴鏈反應;②異氰酸酯基團和甲階酚醛樹脂中的羥甲基進行交聯反應。兩種反應的結果是在酚醛剛性分子結構中引入了柔韌性鏈段,從根本上改變了酚醛樹脂的剛性分子結構,從而提高了泡沫製品的韌性,降低了脆性;同時引入了聚氨酯的特性,如提高閉孔率,降低吸水性,加快固化反應速度,成型快,也提高了製品的強度。
以TDI與分子量為1000的聚乙二醇反應,合成帶有一NCO基團的預聚體改性酚醛泡沫,其性能如表3所示。
表3 TDI改性聚乙二醇增韌酚醛泡沫性能
壓縮強度/MPa 密度/kg.cm-3 吸水率/% 氧指數
0.288 0.1771 14.39 38.3
3.3 用部分帶有韌性鏈的改性苯酚代替苯酚合成樹脂
第三類改性方法是用含有與苯酚相類似官能團的韌性物質部分代替苯酚與甲醛縮合,從而達到增韌的目的。有文獻報道用間苯二酚、鄰甲酚、對甲酚、對苯二酚等改性。加入量控制在0.2-10%,可降低泡沫脆性,提高製品的強度和韌性。烷基酚和腰果殼油改性也都有報道。腰果殼油主要結構是在苯酚的間位上帶一個15個碳的單烯或雙烯烴長鏈,因此腰果殼油既有酚類化合物的特徵,又有脂肪族化合物的柔性,用其改性酚醛泡沫,韌性有明顯改善。
用桐油和亞麻油改性苯酚也有人嘗試,桐油中的共軛三烯在酸催化下與苯酚發生陽離子烷基化反應,其中殘留的雙鍵由於空阻效應,參加反應的機率很小。反應產物在鹼催化下進一步與甲醛反應,生成了桐油改性甲階酚醛樹脂。亞麻油是十八碳三烯酸甘油脂,其分子結構中都有三個雙鍵。在催化劑的作用下,苯酚的鄰、對位上的碳原子在亞麻油的雙鍵上發生烷基化反應,合成改性酚,然後改性酚與甲醛共聚,柔順的烷基鏈將脆性的酚醛分子鏈連結起未,有效地改善了酚醛泡沫脆性。桐油改性苯酚如圖所示。
4 結束語
近幾年來,國內外對酚醛泡沫原材料、發泡技術、工藝過程都進行了大量研究工作。泡沫制備工藝日臻完善,並已進入了工業化生產階段。隨著人們對材料耐火性及難燃性要求越來越高,泡沫改性研究的不斷深入和泡沫韌性不斷的提高,酚醛泡沫塑料的應用將更加廣泛。
⑺ 酚醛樹脂合成反應方程式(要化學方程式)
( 一)合成反應復
酚醛樹脂的合成反制應分為兩步,首先是苯酚與甲醛的加成反應,隨後是縮合及縮聚反應。即:
1、加成反應
在適當條件下,一元羥甲基苯酚繼續進行加成反應,就可生成二元及多元羥甲基苯酚:
(2)縮合及縮聚反應
縮合及縮聚反應,隨反應條件的不同可以發生在羥甲基苯酚與苯酚分子之間,也可發生在各個羥甲基苯酚分子之間,包括:
等等。
縮合反應不斷進行的結果,將縮聚形成一定分子量的酚醛樹脂,由於縮聚反應具有逐步的特點,中間產物相當穩定因而能夠分離而加以研究。多年來研究分析通常認為,影響酚醛樹脂的合成、結構及特性的主要因素為如下四點:
(1)原料的化學結構;
(2)酚與醛的摩爾比;
(3)反應介質的酸、鹼性;
(4)生產操作方法。