酚醛樹脂
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目錄 |
1.概述
基本性能
酚醛樹脂也叫電木，又稱電木粉。原為無色或黃褐色透明物，市場銷售往往加著色劑而呈紅、黃、黑、綠、棕、藍(lán)等顏色，有顆粒、粉末狀。耐弱酸和弱堿，遇強(qiáng)酸發(fā)生分解，遇強(qiáng)堿發(fā)生腐蝕。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有機(jī)溶劑中。苯酚與甲醛縮聚而得?！ ?/p>
分類及用途
它包括：線型酚醛樹脂、熱固性酚醛樹脂和油溶性酚醛樹脂。主要用于生產(chǎn)壓塑粉、層壓塑料；制造清漆或絕緣、耐腐蝕涂料；制造日用品、裝飾品；制造隔音、隔熱材料等。 常見的高壓電插座、家具塑料把手等等
外觀
phenolic resin,簡稱PF.酚醛樹脂為黃色、透明、無定形塊狀物質(zhì)，因含有游離分子而呈微紅色，比重1.25~1.30，易溶于醇，不溶于水，對水、弱酸、弱堿溶液穩(wěn)定。由苯酚和甲醛在催化劑條件下縮聚、經(jīng)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(xué)性能、耐熱性能，廣泛應(yīng)用于防腐蝕工程、膠粘劑、阻燃材料、砂輪片制造等行業(yè)。
2.酚醛樹脂的合成原理
酚醛樹脂也叫電木，又稱電木粉。原為無色或黃褐色透明物，市場銷售往往加著色劑而呈紅、黃、黑、綠、棕、藍(lán)等顏色，有顆粒、粉末狀。耐弱酸和弱堿，遇強(qiáng)酸發(fā)生分解，遇強(qiáng)堿發(fā)生腐蝕。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有機(jī)溶劑中。苯酚與甲醛縮聚而得。它包括：線型酚醛樹脂、熱固性酚醛樹脂和油溶性酚醛樹脂。主要用于生產(chǎn)壓塑粉、層壓塑料；制造清漆或絕緣、耐腐蝕涂料；制造日用品、裝飾品；制造隔音、隔熱材料等。 常見的高壓電插座、家具塑料把手等等
phenolic resin,簡稱PF，酚醛樹脂.為黃色、透明、無定形塊狀物質(zhì)，因含有游離分子而呈微紅色，比重1.25~1.30，易溶于醇，不溶于水，對水、弱酸、弱堿溶液穩(wěn)定。由苯酚和甲醛在催化劑條件下縮聚、經(jīng)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(xué)性能、耐熱性能，廣泛應(yīng)用于防腐蝕工程、膠粘劑、阻燃材料、砂輪片制造等行業(yè)。
苯酚－甲醛樹脂是最早工業(yè)化的合成樹脂?！ ?/p>
3.酚醛樹脂的重要性能
高溫性能
酚醛樹脂最重要的特征就是耐高溫性，即使在非常高的溫度下，也能保持其結(jié)構(gòu)的整體性和尺寸的穩(wěn)定性。正因?yàn)檫@個(gè)原因，酚醛樹脂才被應(yīng)用于一些高溫領(lǐng)域，例如耐火材料，摩擦材料，粘結(jié)劑和鑄造行業(yè)。
粘結(jié)強(qiáng)度
酚醛樹脂一個(gè)重要的應(yīng)用就是作為粘結(jié)劑。酚醛樹脂是一種多功能，與各種各樣的有機(jī)和無機(jī)填料都能相容的物質(zhì)。設(shè)計(jì)正確的酚醛樹脂，潤濕速度特別快。并且在交聯(lián)后可以為磨具、耐火材料，摩擦材料以及電木粉提供所需要的機(jī)械強(qiáng)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、石棉和其它類似的物質(zhì)為它們提供機(jī)械強(qiáng)度，電性能等。典型的例子包括電絕緣和機(jī)械層壓制造，離合器片和汽車濾清器用濾紙?！ ?/p>
高殘?zhí)悸?/span>
在溫度大約為1000℃ 的惰性氣體條件下，酚醛樹脂會(huì)產(chǎn)生很高的殘?zhí)?，這有利于維持酚醛樹脂的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。酚醛樹脂的這種特性，也是它能用于耐火材料領(lǐng)域的一個(gè)重要原因?！ ?/p>
低煙低毒
與其他樹脂系統(tǒng)相比，酚醛樹脂系統(tǒng)具有低煙低毒的優(yōu)勢。在燃燒的情況下，用科學(xué)配方生產(chǎn)出的酚醛樹脂系統(tǒng)，將會(huì)緩慢分解產(chǎn)生氫氣、碳?xì)浠衔铩⑺魵夂吞佳趸?。分解過程中所產(chǎn)生的煙相對少，毒性也相對低。這些特點(diǎn)使酚醛樹脂適用于公共運(yùn)輸和安全要求非常嚴(yán)格的領(lǐng)域，如礦山，防護(hù)欄和建筑業(yè)等。
抗化學(xué)性
交聯(lián)后的酚醛樹脂可以抵制任何化學(xué)物質(zhì)的分解。例如汽油，石油，醇，乙二醇和各種碳?xì)浠衔?。 ?/p>
熱處理
熱處理會(huì)提高固化樹脂的玻璃化溫度，可以進(jìn)一步改善樹脂的各項(xiàng)性能。玻璃化溫度與結(jié)晶固體如聚丙烯的熔化狀態(tài)相似。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(guān)。熱處理過程可以提高交聯(lián)樹脂的流動(dòng)性促使反應(yīng)進(jìn)一步發(fā)生，同時(shí)也可以除去殘留的揮發(fā)酚，降低收縮、增強(qiáng)尺寸穩(wěn)定性、硬度和高溫強(qiáng)度。同時(shí)，樹脂也趨向于收縮和變脆。樹脂后處理升溫曲線將取決于樹脂最初的固化條件和樹脂系統(tǒng)。
4.酚醛樹脂的應(yīng)用領(lǐng)域
1905～1909年L.H.貝克蘭對酚醛樹脂及其成型工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，1910年在柏林呂格斯工廠建立通用酚醛樹脂公司，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)。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，獲得了廣泛的應(yīng)用。1969年，由美國金剛砂公司開發(fā)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生產(chǎn)?，F(xiàn)在美國、蘇聯(lián)和中國也有生產(chǎn)。酚醛樹脂的生產(chǎn)至今不衰，1984年世界總產(chǎn)量約1946kt，居熱固性樹脂的首位。中國自40年代開始生產(chǎn)，1984年產(chǎn)量為77.6kt。 生產(chǎn)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?qū)?a href="/index.php?title=%E8%8B%AF%E5%9F%BA%E9%85%9A&action=edit&redlink=1" class="new" title="苯基酚（尚未撰寫）" rel="nofollow">苯基酚和甲醛、糠醛等。生產(chǎn)過程包括縮聚和脫水兩步。按配方將原料投入反應(yīng)器并混合均勻，加入催化劑，攪拌，加熱至55～65℃，反應(yīng)放熱使物料自動(dòng)升溫至沸騰。此后，繼續(xù)加熱保持微沸騰（96～98℃）至終點(diǎn)，經(jīng)減壓脫水后即可出料。近年來，開發(fā)成功連續(xù)縮聚生產(chǎn)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(xué)結(jié)構(gòu)、摩爾比和反應(yīng)介質(zhì)的pH。酚與醛的摩爾比大于或等于1時(shí),初始產(chǎn)物為一羥甲基酚,縮聚時(shí)生成線型樹脂;小于1時(shí)，生成多羥甲基酚衍生物,形成的縮聚樹脂可交聯(lián)固化。反應(yīng)介質(zhì)的pH小于7時(shí),生成的羥甲基酚很不穩(wěn)定，易縮聚成線型樹脂；大于7時(shí),縮聚緩慢，有利于多羥甲基酚衍生物的生成。生產(chǎn)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(zhì)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(yīng)時(shí)間一般為3～6h。脫水可在常壓或減壓下進(jìn)行，最終脫水溫度為140～160℃。樹脂分子量為500～900。生產(chǎn)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(yīng)時(shí)間1～3h，脫水溫度一般不超過90℃，樹脂分子量為500～1000。強(qiáng)堿催化劑有利于增大樹脂的羥甲基含量和與水的相溶性。氨催化劑能直接參加樹脂化反應(yīng)，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貯存穩(wěn)定性好的高鄰位結(jié)構(gòu)酚醛樹脂。應(yīng)用 酚醛樹脂主要用于制造各種塑料、涂料、膠粘劑及合成纖維等。壓塑粉 生產(chǎn)模壓制品的壓塑粉是酚醛樹脂的主要用途之一。采用輥壓法、螺旋擠出法和乳液法使樹脂浸漬填料并與其他助劑混合均勻，再經(jīng)粉碎過篩即可制得壓塑粉。常用木粉作填料，為制造某些高電絕緣性和耐熱性制件，也用云母粉、石棉粉、石英粉等無機(jī)填料。壓塑粉可用模壓、傳遞模塑和注射成型法制成各種塑料制品。熱塑性酚醛樹脂壓塑粉主要用于制造開關(guān)、插座、插頭等電氣零件，日用品及其他工業(yè)制品。熱固性酚醛樹脂壓塑粉主要用于制造高電絕緣制件。增強(qiáng)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(jīng)干燥、壓制成型的各種增強(qiáng)塑料是重要的工業(yè)材料。它不僅機(jī)械強(qiáng)度高、綜合性能好，而且可進(jìn)行機(jī)械加工。以玻璃纖維、石英纖維及其織物增強(qiáng)的酚醛塑料主要用于制造各種制動(dòng)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(qiáng)的酚醛塑料是航天工業(yè)的重要耐燒蝕材料。酚醛涂料 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，是涂料工業(yè)的重要原料。前兩者用于配制低、中級油漆，后兩者用于配制高級油漆。
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，主要用于膠合板和精鑄砂型的粘結(jié)。以其他高聚物改性的酚醛樹脂為基料的膠粘劑，在結(jié)構(gòu)膠中占有重要地位。其中酚醛-丁腈、酚醛-縮醛、酚醛-環(huán)氧、酚醛-環(huán)氧-縮醛、酚醛-尼龍等膠粘劑具有耐熱性好、粘結(jié)強(qiáng)度高的特點(diǎn)。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(yōu)異性能，是結(jié)構(gòu)膠粘劑的優(yōu)良品種。酚醛纖維 主要以熱塑性線型酚醛樹脂為原料，經(jīng)熔融紡絲后浸于聚甲醛及鹽酸的水溶液中作固化處理，得到甲醛交聯(lián)的體型結(jié)構(gòu)纖維。為提高纖維強(qiáng)度和模量，可與 5％～10％聚酰胺熔混后紡絲。這類纖維為金黃或黃棕色纖維,強(qiáng)度為11.5～15.9cN/dtex，抗燃性能突出，極限氧指數(shù)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(qiáng)堿的性能較差。主要用作防護(hù)服及耐燃織物或室內(nèi)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(qiáng)度、低模量碳纖維、活性炭纖維和離子交換纖維等
熱固性酚醛樹脂在防腐蝕領(lǐng)域中常用的幾種形式：酚醛樹脂涂料；酚醛樹脂玻璃鋼、酚醛-環(huán)氧樹脂復(fù)合玻璃鋼；酚醛樹脂膠泥、砂漿；酚醛樹脂浸漬、壓型石墨制品。熱固性酚醛樹脂的固化形式分為常溫固化和熱固化兩種。常溫固化可使用無毒常溫固化劑NL，也可使用苯磺酰氯或石油磺酸，但后兩種材料的毒性、刺激性較大。建議使用低毒高效的NL固化劑。填料可選擇石墨粉、瓷粉、石英粉、硫酸鋇粉，不宜采用輝綠巖粉。
5.酚醛樹脂的未來發(fā)展
綠色酚醛樹脂的研究
酚醛樹脂的生產(chǎn)和使用會(huì)給環(huán)境帶來一定程度的污染，影響整個(gè)生態(tài)環(huán)境，然而注意或加強(qiáng)治理污染，包括廢水處理和廢舊酚醛樹脂產(chǎn)品及其復(fù)合材料的循環(huán)利用，可使酚醛樹脂健康而快速發(fā)展。
酚醛樹脂的最新發(fā)展及展望
有關(guān)酚醛樹脂的開發(fā)和研究工作，主要圍繞著增強(qiáng)、阻燃、低煙以及成型適用性方面開展，向功能化、精細(xì)化發(fā)展，各國科學(xué)家部以高附加值的酚醛樹脂材料為研究開發(fā)對象?！ ?/p>
不含甲醛的環(huán)保型新酚醛樹脂
新酚醛樹脂(xylok)為高分子化合物，是由苯酚和芳烷基醚通過縮合反應(yīng)而產(chǎn)生的,新酚醛樹脂具有良好力學(xué)性能、耐熱性能，廣泛應(yīng)用于金剛石制品、砂輪片制造等行業(yè).新酚醛樹脂粘結(jié)力強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐熱性高，硬化時(shí)收縮小，制品尺寸穩(wěn)定。粘結(jié)強(qiáng)度比酚醛樹脂提高20%以上，耐熱性提高100℃以上。新酚醛樹脂制品可在250℃下長期使用，制品耐濕耐堿。
新酚醛樹脂可做為金剛石砂輪的結(jié)合劑,使用方法為: 新酚醛樹脂與酚醛樹脂按1 ：3混合使用，不僅提高了酚醛樹脂的強(qiáng)度，還提高了耐熱性和磨削比。如單獨(dú)使用新酚醛樹脂，砂輪的壽命是酚醛樹脂8倍，在生產(chǎn)工藝上比酚醛樹脂制品強(qiáng)度高出約30%，磨削效果也有提高.
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