酚醛树脂的固化性能(技术汇总)
酚醛树脂的固化与分解研究(热分析联用技术和气体分析)
酚醛树脂的固化与分解研究(热分析联用技术和气体分析)Anton Schranner, Stephan KnappeNETZSCH-Gerätebau GmbH, Selb/Germany编译:张红曾智强耐驰仪器(上海)有限公司引言酚醛树脂是一类应用极其广泛的热固性材料。
由于该材料的使用温度范围较宽,我们有必要对它在整个固化、使用温度范围中的热稳定性进行全面的探讨。
通常研究固化反应的手段包括差示扫描量热法(DSC)、介电固化监测法(DEA)等,但是酚醛树脂的固化反应生成了可挥发的产物(水、氨),因此热重分析(TG)也是一种有效的方法。
热重分析的另一优势在于可以精确地测量材料的热稳定性,例如分解温度等。
更进一步,我们将热重分析仪和傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)相连接,则可以更准确地探讨酚醛树脂的固化及热分解反应。
测量原理▪应用领域:物质鉴定、质量控制和失效分析▪研究目的:使用TG-FTIR检测未固化酚醛树脂缩聚反应和分解过程▪仪器:TG 209 C Iris-FTIR VECTOR 22▪样品:酚醛树脂(粉末)实验条件▪样品质量: 8.383mg▪坩埚: Al2O3(敞口)▪气氛: N2(15ml/min),常压▪温度范围: 30~850℃▪升温速率: 10K/min▪ FTIR:光谱分辨率4cm-1,时间分辨率19s 结果与讨论图一未固化酚醛树脂的TG曲线。
失重信号和失重速率图一显示的是未固化酚醛树脂的热重实验曲线,温度范围从室温到850℃。
为了更好的分析酚醛树脂的热重曲线,我们将热重曲线分为两个部分:固化部分(室温到320℃)和分解部分(320℃~850℃)。
图二中的计算热流曲线(c-DTA)清楚的表明在148℃有一放热峰,这是酚醛树脂固化反应产生的放热效应。
常规的DSC实验可以证明酚醛树脂在密闭的高压坩埚中会以三步反应模式进行固化,而在敞口的坩埚中只会发生一步固化反应。
结合c-DTA的信息和热重曲线上的失重台阶,我们可以得到正如我们所预期的结论:酚醛树脂固化反应是一个缩聚反应。
酚醛树脂功能、特点、工艺、应用、配方
酚醛树脂功能、特点、工艺、应用、配方!一、定义酚醛树脂也叫电木,又称电木粉。
原为无色或黄褐色透明物,市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色,有颗粒、粉末状。
耐弱酸和弱碱,遇强酸发生分解,遇强碱发生腐蚀。
不溶于水,溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。
苯酚醛或其衍生物缩聚而得。
二、主要性能固体酚醛树脂为黄色、透明、无定形块状物质,因含有游离酚而呈微红色,实体的比重平均1.7左右,易溶于醇,不溶于水,对水、弱酸、弱碱溶液稳定。
由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚、经中和、水洗而制成的树脂。
因选用催化剂的不同,可分为热固性和热塑性两类。
酚醛树脂具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能,广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂、阻燃材料、砂轮片制造等行业。
液体酚醛树脂为黄色、深棕色液体,如:碱性酚醛树脂主要做铸造黏结剂。
高温性能酚醛树脂最重要的特征就是耐高温性,即使在非常高的温度下,也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性。
正因为这个原因,酚醛树脂才被应用于一些高温领域,例如耐火材料,摩擦材料,粘结剂和铸造行业。
粘结强度酚醛树脂一个重要的应用就是作为粘结剂。
酚醛树脂是一种多功能,与各种各样的有机和无机填料都能相容的物质。
设计正确的酚醛树脂,润湿速度特别快。
并且在交联后可以为模具、耐火材料,摩擦材料以及电木粉提供所需要的机械强度,耐热性能和电性能。
水溶性酚醛树脂或醇溶性酚醛树脂被用来浸渍纸、棉布、玻璃、石棉和其它类似的物质,为它们提供机械强度,电性能等。
典型的例子包括电绝缘和机械层压制造,离合器片和汽车滤清器用滤纸。
高残碳率在温度大约为1000℃的惰性气体条件下,酚醛树脂会产生很高的残碳,这有利于维持酚醛树脂的结构稳定性。
酚醛树脂的这种特性,也是它能用于耐火材料领域的一个重要原因。
低烟低毒与其他树脂系统相比,酚醛树脂系统具有低烟低毒的优势。
在燃烧的情况下,用科学配方生产出的酚醛树脂系统,将会缓慢分解产生氢气、碳氢化合物、水蒸气和碳氧化物。
酚醛树脂的合成、固化及其应用解析
酚醛树脂的合成、固化及其应用解析酚醛树脂,通常指的是由苯酚和甲醛在催化剂的作用下缩聚而成的高分子聚合物。
这类树脂是最早合成的一类热固性树脂。
依据其结构和性质,酚醛树脂可以分为不同类型,包含线性酚醛树脂、热固性酚醛树脂和油溶性酚醛树脂。
酚醛树脂具有出色的耐酸性、力学性能、耐热性能等特点,因此在制造清漆、绝缘料子、耐腐蚀涂料等领域有着广泛的应用。
其中,酚醛树脂最显著的特点之一是其出色的耐高温性。
即使在极端高温条件下,酚醛树脂仍能保持其结构的完整性和尺寸的稳定性。
另外,酚醛树脂可以溶解于乙醇、丙酮等溶剂中,具有可溶可熔性。
只有在引入交联剂,如六亚甲基四胺或聚甲醛等时,酚醛树脂才会发生固化(加热时快速固化)。
经过交联后,酚醛树脂能够防范各种化学物质的侵蚀,包含汽油、石油、醇、乙二醇以及各种碳氢化合物。
酚醛树脂是一类紧要的高分子料子,其合成和应用领域广泛。
本文将深入探讨酚醛树脂的合成固化方法、性质特点以及不同类型的应用。
酚醛树脂的合成和固化酚醛树脂的合成和固化过程遵奉并听从着体型缩聚反应的规律。
通过掌控不同的合成条件,如酚和醛的比例、催化剂类型等,可以得到两类酚醛树脂:热固性酚醛树脂和热塑性酚醛树脂。
热固性酚醛树脂热固性酚醛树脂包含了具有可进一步反应的羟甲基活性基团的树脂。
在合成过程中,假如不进行特殊的掌控,体型缩聚反应将进行到形成不熔、不溶的具有三向网络结构的固化树脂。
热固性酚醛树脂的漆膜在烘烤后相当坚硬,具有出色的防潮性、绝缘性能,适用于多种应用,如胶合层压制品。
热塑性酚醛树脂与热固性酚醛树脂不同,热塑性酚醛树脂是线性树脂,不会在合成过程中形成三向网络结构,因此需要在进一步的固化过程中加入固化剂。
这两类树脂的合成和固化原理不同,因此其分子结构也不同。
依据反应程度的不同,酚醛树脂可以分为甲阶树脂、乙阶树脂和丙阶树脂三个阶段。
甲阶树脂是合成后的树脂初级产物,可以呈现液体、半固体或固体状态,受热后能快速熔化。
酚醛树脂的固化性能(技术汇总情况)
酚醛树脂的固化性能(技术汇总)(一)定义酚和醛在合成反应设备中,通过加成和适当缩聚反应所得到的树脂,通常都是分子量不高的低聚物和各种羟甲基酚的混合体系,虽然Novolaks及Resoles以如上节所述,结构上是有差异的,但从物性上它们均应为可溶及可熔。
这样的可溶、可熔性使得它们便于浸渍填充增强材料制成各种类型的塑料用于生产形态及性能多种多样的塑料制品,也便于用作黏结剂、成模剂、功能性助剂等应用于耐火材料、铸造造型材料、摩擦材料、涂料、电子封装材料等多种府用领域。
然而,酚醛树脂只有在形成交联网状(或称体型)结构之后才具有优良的使用性能,包括力学性能、电绝缘性能、化学稳定性、热稳定性等。
酚醛树脂的固化就是使其转变为网状结构的过程,表现出凝胶化和完全固化的两个阶段,这一转变不仅是物理过程,更要强调的是,这是一个化学过程。
所以酚醛树脂的固化绝不是熔体冷却到熔点以下的一般意义上的固化,而是高分子化学概念上的由线(支)型分子交联(c ure)成网状分子导致失去可溶、可熔性的固化。
酚醛树脂固化后,在获得优良物理性质的同时,又失去了可溶、可熔性,不再有可加工性。
因而其固化过程必然应在以酚醛树脂(Novolaks或Resoles)为黏结剂组成的塑料、油漆涂料及各种各样工程材料的使用或成型过程中完成。
正由于酚醛树脂的固化过程本质上是一种化学反应过程,所以表现出以下一些特点:(1)树脂在固化前的结构因素(组成、分子量大小、反应官能度等)影响显著;(2)固化反应受催化剂、固化剂、树脂pH值等的影响显著;(3)固化过程有热效应;(4)固化速率受温度、压力的影响显著;(5)固化过程有副产物(如水、甲醛等)产生;(6)固化反应是不可逆过程。
(二)热塑性酚醛树脂固化Novolak型树脂的结构,一般可表示为:n一般为4~12,其值大小与起始反应原料中苯酚过量多少及反应时间有关。
工业生产的此类树脂视应用领域不同而控制掌握n的大小,也就是分子量的大小。
酚醛树脂的性能及改性-——吴彪
酚醛树脂的性能及改性概述酚醛树脂是一种广泛应用于工业中的合成树脂,由苯酚、甲醛和碱催化剂经聚合反应制得。
它具有以下优点:高硬度、高强度、高耐热、耐化学腐蚀性强、电绝缘性好和阻燃性好等。
性能物理性能酚醛树脂的物理性质主要取决于其交联度和与反应物的摩尔比。
通常情况下,其密度为1.41.5g/cm³95之间的岩石硬度,伸长率很小,而且容易成型。
,硬度为75机械性能酚醛树脂具有优异的机械性能,表现在下面几个方面:1.抗弯强度高:酚醛树脂的抗弯强度高达120~150MPa。
2.抗拉强度高:酚醛树脂的抗拉强度高达60~80MPa。
3.硬度高:酚醛树脂的洛氏硬度高达85~105。
耐化学性酚醛树脂具有很好的耐化学腐蚀性,它能耐受酸、碱等一般腐蚀介质,但是不能耐受氢氧化钠等高浓度腐蚀介质。
耐高温性酚醛树脂的耐高温性是其最突出的特点,可在高达150℃的高温下工作,在较低的温度下仍然具有良好的机械性能和绝缘性能。
但由于硬度高,容易发生疲劳开裂。
改性填充改性填充改性是最常用的一种改性方式,常用的填充物有玻璃纤维、炭黑、木屑、麦秸等。
通过填充物的添加和改性处理,可以减少树脂的成本,同时还能提高酚醛树脂的力学性能和耐磨损性能。
共混改性共混改性是指将两种或两种以上相互溶解或部分溶解的物质混合在一起,并加入适量的添加剂进行改性。
常用的添加剂有改性剂、助剂、稳定剂等。
共混改性的主要优点是可以改善酚醛树脂的力学性能、热稳定性和加工性,同时还可以增强其防冲击性、耐久性和环保性。
成环改性酚醛树脂的桥环长链结构存在着一定的不稳定性,容易发生水解反应,导致失效。
利用酚醛树脂包括多层的分子结构,通过成环反应可以解决其不稳定性,提高其机械性能和耐热性。
结论酚醛树脂具有很优良的性能,经过改性后可进一步提升其力学性能和稳定性。
但是,酚醛树脂在应用过程中还存在着一些问题,比如容易产生疲劳开裂和水解反应等。
因此,需要对其进行改良和优化,以提高其应用范围和性能。
酚醛树脂的固化反应动力学研究
酚醛树脂的固化反应动力学研究酚醛树脂是一种重要的功能性高分子材料,具有优良的热稳定性、机械强度和耐化学性能,广泛应用于胶粘剂、涂料、塑料、电子封装等领域。
酚醛树脂的固化反应动力学研究对于优化材料性能以及合理控制工艺具有重要意义。
酚醛树脂的固化反应是指酚与醛(通常为甲醛或甲酸)在碱性条件下发生缩聚反应,生成三维网络结构的树脂。
这一过程主要依赖于缩聚反应速率以及反应动力学参数的研究。
固化反应动力学研究的第一步是确定反应机理。
酚醛树脂的固化反应可分为三个阶段:缩聚反应、水解和缩聚修复。
在缩聚反应阶段,酚与醛通过缩聚反应形成初期树脂结构。
而水解反应是指在高温下,缩聚树脂中的酯键和甲醛分子之间发生水解反应,释放出酚类化合物和醛分子。
最后,缩聚修复是指通过热固化条件下的再缩聚修复反应,形成完全交联的三维网络结构。
固化反应动力学的研究基于化学反应速率方程。
在酚醛树脂的固化反应中,主要采用经验性动力学模型,如表达式(1)所示:r = k1[PhOH][HCHO] + k2[H2O]/(k3[P hOH] + k’3[PhOH]2 + k4[HCHO] +k’4[HCHO]2 + k5[H2O]) (1)其中,r是反应速率,k1、k2、k3、k’3、k4、k’4和k5是速率常数,[PhOH]、[HCHO]和[H2O]是酚、醛和水的浓度。
实际固化反应过程中,温度、压力、反应物浓度等因素都会影响反应速率。
温度对反应速率的影响可由阿累尼乌斯方程(Arrhenius equation)表示:k = A * exp(-Ea/RT) (2)其中,k是速率常数,A是预指数因子,Ea是活化能,R是气体常数,T是反应温度。
通过测量不同温度下的反应速率,可以拟合得到指数因子A和活化能Ea。
此外,固化反应动力学研究还可以利用热分析技术,如差示扫描量热法(DSC)和热重分析法(TGA),来研究酚醛树脂的固化过程。
DSC可以实时监测反应放热或吸热过程,推断反应速率和性质的变化。
酚醛树脂注塑固化成型及流动特性的研究
酚醛树脂注塑固化成型及流动特性的研究酚醛树脂作为一种重要的热固性塑料,在众多领域都有着广泛的应用。
注塑固化成型是酚醛树脂常见的加工方式之一,而了解其流动特性对于优化成型工艺、提高制品质量具有至关重要的意义。
酚醛树脂的注塑固化成型过程是一个复杂的物理化学变化过程。
在注塑过程中,酚醛树脂熔体被注入模具型腔,随后在一定的温度和压力条件下发生固化反应,逐渐从液态转变为固态。
这个过程中,树脂的化学结构和分子量分布会对固化行为产生显著影响。
酚醛树脂的分子量及其分布对注塑固化成型有着重要作用。
分子量较低的酚醛树脂具有较低的熔体粘度,在注塑过程中更容易流动填充模具型腔,但可能会导致固化后的制品力学性能相对较弱。
相反,分子量较高的酚醛树脂熔体粘度较大,流动性能较差,但固化后的制品往往具有更好的力学性能和热稳定性。
注塑工艺参数如注塑温度、注塑压力、注塑速度和保压时间等,对酚醛树脂的固化成型效果也有着直接的影响。
较高的注塑温度可以降低树脂熔体的粘度,改善其流动性能,有助于充满复杂形状的模具型腔,但温度过高可能会导致树脂提前固化或发生热分解。
注塑压力的增加能够推动树脂熔体快速填充型腔,减少制品中的空隙和缺陷,但过高的压力可能会引起模具的磨损和制品的内应力增加。
酚醛树脂在注塑过程中的流动特性也是一个关键因素。
其流动行为不仅受到树脂本身的化学性质和分子量的影响,还与模具的结构和注塑工艺条件密切相关。
在模具设计中,合理的浇口位置和尺寸、流道形状和尺寸等都能够优化树脂的流动路径,减少流动阻力,提高填充效率和制品质量。
酚醛树脂的流动前沿通常呈现出非等温、非牛顿流体的特性。
这意味着在注塑过程中,树脂熔体的粘度会随着温度和剪切速率的变化而发生改变。
在靠近模具壁面的区域,由于温度较低和剪切速率较高,熔体粘度较大,流动速度较慢;而在型腔中心区域,温度较高且剪切速率较低,熔体粘度较小,流动速度较快。
这种不均匀的流动分布可能会导致制品内部产生残余应力、翘曲变形等缺陷。
环氧树脂和酚醛树脂 的固化
环氧树脂和酚醛树脂的固化【原创版】目录1.环氧树脂的固化机理2.酚醛树脂的固化机理3.环氧树脂和酚醛树脂的固化特点4.环氧树脂可以使用酚醛树脂的固化剂吗5.环氧树脂、酚醛树脂与其他树脂的区别正文一、环氧树脂的固化机理环氧树脂的固化主要是通过酸催化反应进行的。
催化剂通常是质子给予体,它能促进环氧基与酸、酚、水和醇等物质进行加成反应。
通过逐步聚合反应,环氧树脂交联成体型网状结构。
在这个过程中,活泼氢原子会转移,从而形成稳定的环氧树脂。
二、酚醛树脂的固化机理酚醛树脂的固化主要是通过酚羟基和醛基之间的缩键反应进行的。
在加热和催化剂的作用下,酚醛树脂会逐渐固化并形成网状结构。
由于酚醛树脂分子中含有大量的芳香环结构,因此其具有良好的耐热性能和化学稳定性。
三、环氧树脂和酚醛树脂的固化特点环氧树脂的固化特点是反应速度快、放热量大、收缩率小,因此适合制作高强度、高韧性的制品。
而酚醛树脂的固化特点是耐热性能好、化学稳定性高,但硬度和柔韧性相对较低。
四、环氧树脂可以使用酚醛树脂的固化剂吗环氧树脂可以使用酚醛树脂的固化剂进行固化。
酚醛树脂作为环氧树脂的固化剂,可以在环氧树脂中引入酚醛树脂的特性,如耐热性能和化学稳定性。
但需要注意的是,不同类型的环氧树脂和酚醛树脂可能需要不同的固化剂和固化条件。
五、环氧树脂、酚醛树脂与其他树脂的区别环氧树脂、酚醛树脂和不饱和聚酯树脂是三种常见的高分子树脂。
环氧树脂具有高强度、高韧性和耐化学腐蚀性能;酚醛树脂具有耐热性能好、化学稳定性高的特点;而不饱和聚酯树脂具有价格便宜、性能要求低的特点。
酚醛树脂性能综述
热固性聚合物是从低粘度液体开始,通过催化剂或外加能量〔热或射线〕固化为固体.最早的热固性基体是酚醛,紧随其后的是环氧,接着是不饱和聚酯、脲醛,再接着是硅树脂,以与更新的基体.从实用的角度看,最重要的仍然是前三种:酚醛、环氧和不饱和聚酯二、简介酚醛树脂也叫电木,又称电木粉,英文名称phenolic resin,简称PF,比重1.25~1.30是热固性塑料家族中最古老的成员,可以追溯到1870年.合成酚醛树脂的两种单体是苯酚和甲醛,通过聚合形成, 酚醛树脂原为无色或黄褐色透明物,因含有游离分子而呈微红色,市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色,有颗粒、粉末状.耐弱酸和弱碱,遇强酸发生分解,遇强碱发生腐蚀.不溶于水,溶于丙酮、酒精等有机溶剂中.对水、弱酸、弱碱溶液稳定.由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚、经中和、水洗而制成的树脂.酚与醛的摩尔比大于一,用酸类物质作催化剂,生成热塑性酚醛树脂.酚与醛的摩尔比小于一,用碱类物质作催化剂,生成热固性酚醛树脂.主要包括:线型酚醛树脂、热固性酚醛树脂和油溶性酚醛树脂.三、酚醛树脂固化原理酚醛树脂只有在形成交联网状<或称体型>结构之后才具有优良的使用性能,包括力学性能、电绝缘性能、化学稳定性、热稳定性等.酚醛树脂的固化就是使其转变为网状结构的过程,表现出凝胶化和完全固化的两个阶段,这一转变不仅是物理过程,更要强调的是,这是一个化学过程.表现出以下一些特点:<1>树脂在固化前的结构因素<组成、分子量大小、反应官能度等>影响显著; <2>固化反应受催化剂、固化剂、树脂pH值等的影响显著;<3>固化过程有热效应;<4>固化速率受温度、压力的影响显著;<5>固化过程有副产物<如水、甲醛等>产生;<6>固化反应是不可逆过程.酚醛树脂有热塑性和热固性两类.热塑性酚醛树脂〔或称两步法酚醛树脂〕,为浅色至暗褐色脆性固体,溶于乙醇、丙酮等溶剂中,长期具有可溶可熔性,仅在六亚甲基四胺或聚甲醛等交联剂存在下,才固化<加热时可快速固化>.主要用于制造压塑粉,也用于制造层压塑料、清漆和胶粘剂.热塑性酚醛树脂压塑粉主要用于制造开关、插座、插头等电气零件,日用品与其他工业制品.热固性酚醛树脂〔或称一步法酚醛树脂〕,可根据需要制成固体、液体和乳液,都可在热或〔和〕酸作用下不用交联剂即可交联固化.热固性酚醛树脂压塑粉主要用于制造高电绝缘制件.为指导树脂合成和成型加工,常将其固化过程分为A、B、C三个阶段.具有可溶可熔性的预聚体称作A阶酚醛树脂;交联固化为不溶不熔的最终状态称C阶酚醛树脂;在溶剂中溶胀但又不完全溶解,受热软化但不熔化的中间状态称B阶酚醛树脂处于此阶段的酚醛树脂为脆性固体,可以制成粉末,与添加剂一起模压成型.添加剂中除固化剂外,主要成分是木粉,它赋予酚醛材料强度与韧性,其压缩强度可达275MPa.酚醛具有优良的电绝缘性,低吸潮性和较高的使用温度〔204℃〕.,树脂存放过程中粘度逐渐增大,最后可变成不溶不熔的C阶树脂.因此,其存放期一般不超过3~6个月.热固性酚醛树脂可用于制造各种层压塑料、压塑粉、层压塑料;制造清漆或绝缘、耐腐蚀涂料;制造日用品、装饰品;制造隔音、隔热材料等. 常见的高压电插座、胶粘剂和改性其他高聚物.酚醛树脂具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能,广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂、阻燃材料、砂轮片制造等行业.并且价格低廉,可以说酚醛是性能价格比最高的一种高分子材料.四、酚醛树脂的重要特点1、高温性能酚醛树脂固化后依靠其芳香环结构和高交联密度的特点而具有优良的耐热性,即使在非常高的温度下,也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性.酚醛树脂在200℃以下基本是稳定的,一般可在不超过180℃条件下长期使用.正因为这个原因,酚醛树脂才被应用于一些高温领域,例如耐火材料,摩擦材料,粘结剂和铸造行业.2、粘结强度酚醛树脂一个重要的应用就是作为粘结剂.卓越的粘结性酚醛树脂卓越的粘附性首选源于其大分子结构上的大量极性基团,极性强是促成其对材料浸润、粘附的有利因素.当酚醛树脂复合型材料加工成型为最终制品后,其中酚醛树脂粘结剂已经转变为交联网状结构并固化,得以保证粘结界面的稳定和持久.酚醛树脂是一种多功能,与各种各样的有机和无机填料都能相容的物质.设计正确的酚醛树脂,润湿速度特别快.并且在交联后可以为磨具、耐火材料,摩擦材料以与电木粉提供所需要的机械强度,耐热性能和电性能.水溶性酚醛树脂或醇溶性酚醛树脂被用来浸渍纸、棉布、玻璃、石棉和其它类似的物质为它们提供机械强度,电性能等.典型的例子包括电绝缘和机械层压制造,离合器片和汽车滤清器用滤纸.酚醛是普通电器行业中的首选材料.它可以经受短路,但仍能继续工作;它可能受电击炭化,但从不燃烧;甚至还能经受电弧的打击.3、高残碳率在温度大约为1000℃的惰性气体条件下,酚醛树脂会产生很高的残碳,独特的抗烧蚀性酚醛树脂交联网状结构有高达80%左右的理论含碳率,在无氧气氛下的高温热解残炭率通常在55%~75%之间.酚醛树脂在更高温度下热降解时吸收大量的热能,同时形成具有隔热作用的较高强度的炭化层,当用于航天飞行器的外部结构时,在其返回地面穿过大气之际,酚醛树脂的热降解高残炭特性就起到了独特的抗烧蚀性作用和对航天飞行器的保护作用.4、低烟低毒与其他树脂系统相比,酚醛树脂系统具有低烟低毒的优势.在燃烧的情况下,用科学配方生产出的酚醛树脂系统,将会缓慢分解产生氢气、碳氢化合物、水蒸气和碳氧化物.分解过程中所产生的烟相对少,毒性也相对低.这些特点使酚醛树脂适用于公共运输和安全要求非常严格的领域,如矿山,防护栏和建筑业等.5、良好的阻燃性阻燃性对于建筑材料、石油化工设备和管道保温材料、交通运输工具的结构和装饰材料都是极其重要的性能.酚醛树脂制成的泡沫塑料以与酚醛树脂基复合材料在这些领域都有极高的利用价值,这是因为酚醛树脂有良好的阻燃性.大多数高分子树醋都是易燃的,需要加入阻燃剂才能达到阻燃效果.但是酚醛树脂是少有的例外,它不必添加阻燃剂可达到阻燃要求,且具有低烟释放、低烟毒性等特征,其燃烧发烟起始温度在500℃以上,而且表征发烟程度的最大消光系数为0.02.6、抗化学性交联后的酚醛树脂可以抵制任何化学物质的分解.例如汽油,石油,醇,乙二醇和各种碳氢化合物.7、高弹性模量酚醛在普通塑料中具有最高的弹性模量,具有良好的电绝缘性质.它可与任何增强材料配合,可以用纸增强、布增强、玻璃纤维增强,甚至还有用芳香尼龙增强的.用石棉、金属粉增强的酚醛用于汽车的刹车片和离合器片.酚醛在机械行业中有广泛的应用,可制成任何形式的标准件如棒、板、带、片、齿轮、凸轮等.酚醛具有极高的压缩强度,高达215MPa.另一个主要用途是线路板,有一系列不同的增强材料满足不同线路板的需求.8、加工形式多样酚醛树脂的一大优点是可制成B阶〔段〕树脂.B阶树脂是尚未固化的树脂,分子链仍为线形.这使得酚醛树脂可以像热塑性树脂那样进行预浸,再进行成型加工.但是在加热加压条件下固化,就成为不熔不溶的固体.五、性能参数一些非金属材料的介电性质与电阻率胶木[酚醛树脂〔木粉填充〕]物理性能六、注塑工艺注塑比压塑和传递摸塑效率提高5~10倍,节能达50%,工人劳动强度降低.1、原料要求在料桶和喷嘴内要有很好的流动性和热稳定性,以利于冲摸和防止堵流道.技术要求拉西格流动度>200mm在80~95度保持流动时间>10min在75~85度保持流动时间>60min提高树脂流动性主要措施1添加该性剂,如增塑,DBP;释剂苯酚甲醇丙酮糠醛等;结晶水化合物CaCl2.2H2O,Ba〔OH〕2.8H2O;润滑剂底分子量聚乙烯蜡等.2颗粒料进行表面处理,在表面施加涂层.涂层为脂肪酸金属盐,芳香酸烷基酯等.提高固化速度的主要措施有1合成高邻位酚醛树脂;2在甲阶树脂中,加入有机羧酸盐或硼酸盐以加速固化.提高树脂热稳定性的措施可以添加热稳定剂如对叔丁基苯酚等.2、工艺条件为使生产正常运行,必须掌握工艺参数和严格操作规X.物料进入料筒,经过螺杆预塑和积料过程,温度由起始的40-60度升高到大致为80-85度,此时物料主要发生物理变化,黏度不断降低,注射时,由于物料在喷嘴处流速变高,剪切产生的摩擦热使温度升高,射出的熔体温度一般控制在120-130度,这时的熔体呈现最好的流动状态,并接近硬化的临界塑性状态.在工艺制定中参考上述的情况制订相应的参数.通用酚醛树脂注塑工艺参数七、注塑设备八、我国生产的树脂种类我国主要生产有210、211、2112、2116、2118与2119等牌号.211树脂是用甲酚与甲醛缩合、松香改性、甘油酯化工艺得到;2118树脂由二酚基丙烷与甲醛缩合、松香改性、季戊四醇酯化工得到;2119树脂由二甲酚与甲醛缩合、松香改性、甘油酯化工艺得到;2112与2116树脂均采用一酚醛浆配制,只是加成、酯化过程的配方不同;210树脂松香苯酚甲醛甘油一步法生产制的.各牌号的技术指标不同210 颜色<=12<鉄钴色> 酸值<=20mgKOH/g 软化点:135~150 ℃溶解度<苯1:1>:全溶211 颜色<=12<鉄钴色> 酸值<=20mgKOH/g 软化点:>=133 ℃溶解度<苯1:1>:清2112 颜色<=12<鉄钴色> 酸值<=20mgKOH/g 软化点:>=135℃溶解度<苯1:1>:清2116 颜色<=12<鉄钴色> 酸值<=18mgKOH/g 软化点:151~162 ℃溶解度<亚麻油1:1加热到240℃>:全溶2118 颜色<=12<鉄钴色> 酸值<=20mgKOH/g 软化点:157~165℃象2116全溶2119 颜色<=12<鉄钴色> 酸值<=20mgKOH/g 软化点:>=130℃九、酚醛树脂的最新发展与展望有关酚醛树脂的开发和研究工作,主要围绕着增强、阻燃、低烟以与成型适用性方面开展,向功能化、精细化发展,各国科学家部以高附加值的酚醛树脂材料为研究开发对象.不含甲醛的环保型新酚醛树脂新酚醛树脂<xylok>为高分子化合物,是由苯酚和芳烷基醚通过缩合反应而产生的,新酚醛树脂具有良好力学性能、耐热性能,广泛应用于金刚石制品、砂轮片制造等行业.新酚醛树脂粘结力强,化学稳定性好,耐热性高,硬化时收缩小,制品尺寸稳定.粘结强度比酚醛树脂提高20%以上,耐热性提高100℃以上.新酚醛树脂制品可在250℃下长期使用,制品耐湿耐碱.新酚醛树脂可做为金刚石砂轮的结合剂,使用方法为: 新酚醛树脂与酚醛树脂按1 :3混合使用,不仅提高了酚醛树脂的强度,还提高了耐热性和磨削比.如单独使用新酚醛树脂,砂轮的寿命是酚醛树脂8倍,在生产工艺上比酚醛树脂制品强度高出约30%。
环氧树脂和酚醛树脂 的固化
环氧树脂和酚醛树脂的固化
(最新版)
目录
1.环氧树脂的固化机理
2.酚醛树脂的固化特点
3.环氧树脂和酚醛树脂的应用领域
4.环氧树脂可以使用酚醛树脂的固化剂吗
5.环氧树脂、酚醛树脂与其他树脂的区别
正文
一、环氧树脂的固化机理
环氧树脂的固化机理主要通过酸催化反应进行。
催化剂通常为质子给予体,促进顺序为酸、酚、水、醇。
环氧树脂与这些物质进行加成反应,通过逐步聚合形成体型网状结构。
在这个过程中,通常会伴随着氢原子的转移。
二、酚醛树脂的固化特点
酚醛树脂的固化特点主要是通过热固化反应进行。
在加热的过程中,酚醛树脂会逐渐变得更加坚硬。
酚醛树脂的优点在于其具有良好的耐热性能和耐化学腐蚀性能。
然而,它的缺点是固化过程相对较慢,而且耐冲击性能较差。
三、环氧树脂和酚醛树脂的应用领域
环氧树脂广泛应用于胶粘剂、模塑料等领域,因其具有良好的强度和韧性。
而酚醛树脂则主要用于制作高强度、耐热和耐腐蚀的制品,例如玻璃钢等。
四、环氧树脂可以使用酚醛树脂的固化剂吗
答案是肯定的。
酚醛树脂可以作为环氧树脂的固化剂。
但需要注意的是,不同类型的环氧树脂和酚醛树脂可能需要不同的固化条件和配比,因此在实际应用中需要根据具体情况进行调整。
五、环氧树脂、酚醛树脂与其他树脂的区别
环氧树脂、酚醛树脂和不饱和聚酯树脂在分子结构、固化机理和应用领域等方面存在一定的区别。
环氧树脂分子中含有环氧基,固化反应通过酸催化进行;酚醛树脂分子中含有酚羟基和醛基,通过热固化反应进行;不饱和聚酯树脂分子中含有酯键和不饱和双键,通过自由基聚合反应进行。
酚醛树脂功能、特点、工艺、应用、配方!
酚醛树脂功能、特点、工艺、应用、配方!一、定义酚醛树脂也叫电木,又称电木粉。
原为无色或黄褐色透明物,市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色,有颗粒、粉末状.耐弱酸和弱碱,遇强酸发生分解,遇强碱发生腐蚀。
不溶于水,溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。
苯酚醛或其衍生物缩聚而得。
二、主要性能固体酚醛树脂为黄色、透明、无定形块状物质,因含有游离酚而呈微红色,实体的比重平均1.7左右,易溶于醇,不溶于水,对水、弱酸、弱碱溶液稳定。
由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚、经中和、水洗而制成的树脂。
因选用催化剂的不同,可分为热固性和热塑性两类。
酚醛树脂具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能,广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂、阻燃材料、砂轮片制造等行业。
液体酚醛树脂为黄色、深棕色液体,如:碱性酚醛树脂主要做铸造黏结剂。
高温性能酚醛树脂最重要的特征就是耐高温性,即使在非常高的温度下,也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性。
正因为这个原因,酚醛树脂才被应用于一些高温领域,例如耐火材料,摩擦材料,粘结剂和铸造行业。
粘结强度酚醛树脂一个重要的应用就是作为粘结剂。
酚醛树脂是一种多功能,与各种各样的有机和无机填料都能相容的物质。
设计正确的酚醛树脂,润湿速度特别快。
并且在交联后可以为模具、耐火材料,摩擦材料以及电木粉提供所需要的机械强度,耐热性能和电性能。
水溶性酚醛树脂或醇溶性酚醛树脂被用来浸渍纸、棉布、玻璃、石棉和其它类似的物质,为它们提供机械强度,电性能等。
典型的例子包括电绝缘和机械层压制造,离合器片和汽车滤清器用滤纸.高残碳率在温度大约为1000℃的惰性气体条件下,酚醛树脂会产生很高的残碳,这有利于维持酚醛树脂的结构稳定性。
酚醛树脂的这种特性,也是它能用于耐火材料领域的一个重要原因。
低烟低毒与其他树脂系统相比,酚醛树脂系统具有低烟低毒的优势。
在燃烧的情况下,用科学配方生产出的酚醛树脂系统,将会缓慢分解产生氢气、碳氢化合物、水蒸气和碳氧化物。
酚醛树脂机理三固化热固固化
酚醛树脂机理三固化热固固化The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020酚醛树脂机理(三)固化3热固固化(2)酚醛树脂泛指酚(苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚等)与醛(甲醛、乙醛、糠醛等)合成的树脂,其中以苯酚与甲醛合成的苯酚甲醛树脂最为重要,它的产量占酚醛类树脂的首位,应用也最广泛。
合成酚醛树脂的催化剂有酸、碱两大类,前者多用盐酸、草酸,有时也用磷酸、硫酸等其他酸;后者多用氨水、氢氧化钠,有时也用氢氧化钡、氧化镁、苯胺等作为辅助催化剂。
近年来对采用金属盐类作为酚醛树脂合成的催化剂,有了更多的研究和应用。
此外还有用酶、其他有机酸作为催化剂的报道。
据中国酚醛树脂网(专家介绍,酚醛树脂在合成反应阶段分子量逐步增长,合成终点维持在线型及带支链的结构,相对分子质量一般均低于1000,特殊应用场合要高一些,甚至高于4000。
酚醛树脂在应用于各种制品的成型过程必须要发生交联反应,使之形成三向网络大分子结构,相对分子量可谓无限大。
三向网络结构可促进制品使用性能更加理想。
促进交联的助剂包含固化剂和固化促进剂,六亚甲基四胺是最常用的固化剂,而固化促进剂可采用对甲苯磺酰氯和苯磺酰氯。
固化反应据中国酚醛树脂网(专家介绍,还可发生其他类型的反应,例如酚羟基与羟甲基的缩合:Resole树脂在低于170℃固化时,在酚核间主要形成亚甲基键及醚键,其中亚甲基键是酚醛树脂固化时形成的最稳定和最重要的化学键。
据中国酚醛树脂网(专家介绍,酸和碱都是有效的亚甲基键形成的催化剂,在酸性条件下、中等温度下的固化速率正比于氢离子浓度;强碱条件下,在反应的早期,当pH超过一定的值后,固化速率与碱的浓度无关。
在固化过程中形成的醚键既可以是固化结构中的最终产物,也可以是过渡的产物。
酚醇在中性条件下加热(低于160℃)很易形成二苄基醚,然而超过160℃,二苄基醚易分解成亚甲基键,并逸出甲醛:同时在酚醇分子中取代基的大小与性质对醚键的形成也有很大的影响,如下表。
酚醛树脂功能、特点、工艺、应用、配方!
酚醛树脂功能、特点、工艺、应用、配方!酚醛树脂功能、特点、工艺、应用、配方!一、定义酚醛树脂也叫电木,又称电木粉。
原为无色或黄褐色透明物,市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色,有颗粒、粉末状。
耐弱酸和弱碱,遇强酸发生分解,遇强碱发生腐蚀。
不溶于水,溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。
苯酚醛或其衍生物缩聚而得。
二、主要性能固体酚醛树脂为黄色、透明、无定形块状物质,因含有游离酚而呈微红色,实体的比重平均1.7左右,易溶于醇,不溶于水,对水、弱酸、弱碱溶液稳定。
由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚、经中和、水洗而制成的树脂。
因选用催化剂的不同,可分为热固性和热塑性两类。
酚醛树脂具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能,广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂、阻燃材料、砂轮片制造等行业。
液体酚醛树脂为黄色、深棕色液体,如:碱性酚醛树脂主要做铸造黏结剂。
高温性能酚醛树脂最重要的特征就是耐高温性,即使在非常高的温度下,也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性。
正因为这个原因,酚醛树脂才被应用于一些高温领域,例如耐火材料,摩擦材料,粘结剂和铸造行业。
粘结强度酚醛树脂一个重要的应用就是作为粘结剂。
酚醛树脂是一种多功能,与各种各样的有机和无机填料都能相容的物质。
设计正确的酚醛树脂,润湿速度特别快。
并且在交联后可以为模具、耐火材料,摩擦材料以及电木粉提供所需要的机械强度,耐热性能和电性能。
水溶性酚醛树脂或醇溶性酚醛树脂被用来浸渍纸、棉布、玻璃、石棉和其它类似的物质,为它们提供机械强度,电性能等。
典型的例子包括电绝缘和机械层压制造,离合器片和汽车滤清器用滤纸。
高残碳率在温度大约为1000℃的惰性气体条件下,酚醛树脂会产生很高的残碳,这有利于维持酚醛树脂的结构稳定性。
酚醛树脂的这种特性,也是它能用于耐火材料领域的一个重要原因。
低烟低毒与其他树脂系统相比,酚醛树脂系统具有低烟低毒的优势。
在燃烧的情况下,用科学配方生产出的酚醛树脂系统,将会缓慢分解产生氢气、碳氢化合物、水蒸气和碳氧化物。
酚醛树脂的固化性能(技术汇总)
酚醛树脂的固化性能(技术汇总)(一)定义酚和醛在合成反应设备中,通过加成和适当缩聚反应所得到的树脂,通常都是分子量不高的低聚物和各种羟甲基酚的混合体系,虽然Novolaks及Resoles以如上节所述,结构上是有差异的,但从物性上它们均应为可溶及可熔。
这样的可溶、可熔性使得它们便于浸渍填充增强材料制成各种类型的塑料用于生产形态及性能多种多样的塑料制品,也便于用作黏结剂、成模剂、功能性助剂等应用于耐火材料、铸造造型材料、摩擦材料、涂料、电子封装材料等多种府用领域。
然而,酚醛树脂只有在形成交联网状(或称体型)结构之后才具有优良的使用性能,包括力学性能、电绝缘性能、化学稳定性、热稳定性等。
酚醛树脂的固化就是使其转变为网状结构的过程,表现出凝胶化和完全固化的两个阶段,这一转变不仅是物理过程,更要强调的是,这是一个化学过程。
所以酚醛树脂的固化绝不是熔体冷却到熔点以下的一般意义上的固化,而是高分子化学概念上的由线(支)型分子交联(c ure)成网状分子导致失去可溶、可熔性的固化。
酚醛树脂固化后,在获得优良物理性质的同时,又失去了可溶、可熔性,不再有可加工性。
因而其固化过程必然应在以酚醛树脂(Novolaks或Resoles)为黏结剂组成的塑料、油漆涂料及各种各样工程材料的使用或成型过程中完成。
正由于酚醛树脂的固化过程本质上是一种化学反应过程,所以表现出以下一些特点:(1)树脂在固化前的结构因素(组成、分子量大小、反应官能度等)影响显著;(2)固化反应受催化剂、固化剂、树脂pH值等的影响显著;(3)固化过程有热效应;(4)固化速率受温度、压力的影响显著;(5)固化过程有副产物(如水、甲醛等)产生;(6)固化反应是不可逆过程。
(二)热塑性酚醛树脂固化Novolak型树脂的结构,一般可表示为:n一般为4~12,其值大小与起始反应原料中苯酚过量多少及反应时间有关。
工业生产的此类树脂视应用领域不同而控制掌握n的大小,也就是分子量的大小。
热塑性酚醛树脂的固化
二、酚类与醛类摩尔比的影响 1.对加成产物的影响 P/F =1/1 一羟甲基酚 P/F <1 二羟甲基酚 P/F=1/2 二羟基酚和三羟甲基酚 随着F↑→三羟甲基酚含量↑,树脂 平均分子量↑。 (见P.110,表3-2、表3-3)
2. 对树脂质量的影响 甲醛的用量增多: 树脂的粘度降低; 固化时间缩短; 游离酚含量降低,毒性降低。 (见P.110,表3-4) 3. 对树脂性质的影响 从理论上推断: 理想的摩尔比为 P/F=1/1.5
热固性酚醛树脂的固化方式: ① 热固化(碱固化) 即在加热条件下固化。 ② 冷固化(酸固化) 即在室温条件下固化。 固化剂:苯磺酸、石油磺酸
注意区别: 热固化、冷固化 热固性、热塑性
指条件 指性质
热固性树脂可以热固化,也可冷固化; 热塑性树脂只能冷固化; 热固化只能选用热固性的树脂; 冷固化可以选热固性树脂,也可选热塑性树脂
贮存期:在室温条件下,胶粘剂仍能保 持其操作性能和所规定的质量指标的存放时 间。 适用期(活性期、生活期、生活力): 胶液加入固化剂(或其他助剂)调制后,在 室温条件下能维持其可用性能的时间。 固化时间:胶液调成后,在一定温度下, 胶液变成固体状态所需的时间。
5.聚合反应 与水生成水合物(甲醛溶于水)
2.酚醛树脂胶 ① 酚醛树脂加添加剂调制而成; 酚醛树脂 + 添加剂 酚醛树脂胶粘剂 ② 酚醛树脂直接作胶。 二、酚醛树脂的分类 1.按状态分: 溶液状(水溶性、醇溶性、水醇溶性) 粉末状 胶膜状
环氧树脂和酚醛树脂 的固化
环氧树脂和酚醛树脂的固化
环氧树脂和酚醛树脂在固化过程中表现出不同的特点。
环氧树脂的固化是通过环氧基团的开环反应实现的。
通常需要与固化剂(例如胺类化合物或酸酐)反应来形成交联结构。
这种固化方式可以在室温下进行,也可以在加热条件下进行加速固化。
环氧树脂固化后形成的网络结构具有高强度、耐化学腐蚀和热稳定性好等优点。
酚醛树脂的固化主要是通过酚醛单体之间发生缩聚反应而实现的。
酚醛树脂固化的关键是制备酚醛预聚体(或称为酚醛树脂胶稀液),然后通过热固化或者酸催化剂的作用,使酚醛预聚体分子之间发生进一步交联反应,形成三维网状结构。
酚醛树脂固化过程需要一定的温度和时间来进行,一般情况下需要在高温条件下加速固化。
固化后的酚醛树脂具有优异的绝缘性能、耐热性、耐化学腐蚀性等优点。
总之,环氧树脂和酚醛树脂的固化过程都是通过交联反应形成网络结构,但是具体的反应条件和反应机理有所不同。
酚醛树脂的固化性能(技术汇总)
酚醛树脂的固化性能(技术汇总)(一)定义酚和醛在合成反应设备中,通过加成和适当缩聚反应所得到的树脂,通常都是分子量不高的低聚物和各种羟甲基酚的混合体系,虽然Novolaks及Resoles以如上节所述,结构上是有差异的,但从物性上它们均应为可溶及可熔。
这样的可溶、可熔性使得它们便于浸渍填充增强材料制成各种类型的塑料用于生产形态及性能多种多样的塑料制品,也便于用作黏结剂、成模剂、功能性助剂等应用于耐火材料、铸造造型材料、摩擦材料、涂料、电子封装材料等多种府用领域。
然而,酚醛树脂只有在形成交联网状(或称体型)结构之后才具有优良的使用性能,包括力学性能、电绝缘性能、化学稳定性、热稳定性等。
酚醛树脂的固化就是使其转变为网状结构的过程,表现出凝胶化和完全固化的两个阶段,这一转变不仅是物理过程,更要强调的是,这是一个化学过程。
所以酚醛树脂的固化绝不是熔体冷却到熔点以下的一般意义上的固化,而是高分子化学概念上的由线(支)型分子交联(c ure)成网状分子导致失去可溶、可熔性的固化。
酚醛树脂固化后,在获得优良物理性质的同时,又失去了可溶、可熔性,不再有可加工性。
因而其固化过程必然应在以酚醛树脂(Novolaks或Resoles)为黏结剂组成的塑料、油漆涂料及各种各样项目材料的使用或成型过程中完成。
正因为酚醛树脂的固化过程本质上是一种化学反应过程,所以表现出以下一些特点:(1)树脂在固化前的结构因素(组成、分子量大小、反应官能度等)影响显著;(2)固化反应受催化剂、固化剂、树脂pH值等的影响显著;(3)固化过程有热效应;(4)固化速率受温度、压力的影响显著;(5)固化过程有副产物(如水、甲醛等)产生;(6)固化反应是不可逆过程。
(二)热塑性酚醛树脂固化Novolak型树脂的结构,一般可表示为:n一般为4~12,其值大小与起始反应原料中苯酚过量多少及反应时间有关。
工业生产的此类树脂视应用领域不同而控制掌握n的大小,也就是分子量的大小。
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酚醛树脂的固化性能(技术汇总)(一)定义酚和醛在合成反应设备中,通过加成和适当缩聚反应所得到的树脂,通常都是分子量不高的低聚物和各种羟甲基酚的混合体系,虽然Novolaks及Resoles以如上节所述,结构上是有差异的,但从物性上它们均应为可溶及可熔。
这样的可溶、可熔性使得它们便于浸渍填充增强材料制成各种类型的塑料用于生产形态及性能多种多样的塑料制品,也便于用作黏结剂、成模剂、功能性助剂等应用于耐火材料、铸造造型材料、摩擦材料、涂料、电子封装材料等多种府用领域。
然而,酚醛树脂只有在形成交联网状(或称体型)结构之后才具有优良的使用性能,包括力学性能、电绝缘性能、化学稳定性、热稳定性等。
酚醛树脂的固化就是使其转变为网状结构的过程,表现出凝胶化和完全固化的两个阶段,这一转变不仅是物理过程,更要强调的是,这是一个化学过程。
所以酚醛树脂的固化绝不是熔体冷却到熔点以下的一般意义上的固化,而是高分子化学概念上的由线(支)型分子交联(cure)成网状分子导致失去可溶、可熔性的固化。
酚醛树脂固化后,在获得优良物理性质的同时,又失去了可溶、可熔性,不再有可加工性。
因而其固化过程必然应在以酚醛树脂(Novolaks或Resoles)为黏结剂组成的塑料、油漆涂料及各种各样工程材料的使用或成型过程中完成。
正由于酚醛树脂的固化过程本质上是一种化学反应过程,所以表现出以下一些特点:(1)树脂在固化前的结构因素(组成、分子量大小、反应官能度等)影响显著; (2)固化反应受催化剂、固化剂、树脂pH值等的影响显著;(3)固化过程有热效应;(4)固化速率受温度、压力的影响显著;(5)固化过程有副产物(如水、甲醛等)产生;(6)固化反应是不可逆过程。
(二)热塑性酚醛树脂固化Novolak型树脂的结构,一般可表示为:n一般为4~12,其值大小与起始反应原料中苯酚过量多少及反应时间有关。
工业生产的此类树脂视应用领域不同而控制掌握n的大小,也就是分子量的大小。
例如当竹值平均为5时,其平均分子量(Mn)约在500左右。
Novolak型树脂合成的基本条件之一是在摩尔比上,苯酚过量,甲醛不足,所以它的结构中基本不会有未反应的羟甲基存在,这样Novolaks就不可能自行发生交联反应而固化。
但是这样树脂结构中的酚核还有未反应的活化点,只要补充甲醛,在加热条件下就可进行交联反应形成网状结构并固化。
为使Novolak型树脂交联固化,最常用的固化剂是六亚甲基四胺(乌洛托品),其他还可用多聚甲醛、Resole型酚醛树脂、苯胺。
六亚甲基四胺(HMTA)是氨与甲醛的加成物,它在超过100℃下发生分解,形成二甲醇胺并释放出甲醛和氨,从而与线型酚醛树脂分子反应,发生交联。
六亚甲基四胺的受热分解可表示为:用HMTA作为Novolak固化剂的固化反应历程至今未研究清楚,不过也有一些初步的研究成果。
(1)HMTA加入到含少量游离酚(约5%)及少于1%水分的Novolak中,加热后HMTA中任何一个氮原子上连接的三个化学键可依次打开与三个Novolak树脂分子上的活性点反应,导致它们的交联:(2)上述交联结构仅是过渡状态,在进一步的加热交联过程中,继续分解,最后有N H。
放出。
并有少量的氮保留在交联固化的树脂结构中。
(3)交联过程中可能有多种邻位(o位)和对位(p位)的中间结构,如图2-10所示。
图2-10 Novolak树脂交联过程中的各种结构中间体(4)交联固化后的Novolak,其结构与所用HMTA的比例及固化前NovoIak树脂起始结构中邻、对位(o,p位)活性点的比例有关。
(5)HMTA用量比对NovoIak交联反应和结构的影响是多方面的。
表2-6及图2-11是一些实验结果。
图2-6 HMTA用量比对Novolak交联的影响Novolak/HMTA (质量比)反应温度HMTA用量PHNovolak中活性点与HMTA中-CH2的摩尔比反应速度残余活性点中间体走向交联结构中含氮量X-E下密度94/6低低较低4.4/1较快多再反应低低80/20高高低 4.4/1较慢无保留到205℃高高图2-11六亚甲基四胺用量对酚醛图2—12水含量对线型酚醛树树脂凝胶时间的影响脂凝胶时间的影响 (150℃) (150℃,10%六亚甲基四胺)(6)为获得稳定的交联结构,应保证充足的HMTA用量以及最好采用酚核邻位(o位)大量空余的起始Novolak树脂。
(7)高邻位的Novolak(酚核上空余大量对位活性点)与一般的Novolak在同HMTA反应时,有所不同,高邻位者反应温度可低约20℃,说明反应活化能较低。
(8)树脂中游离酚和水含量对凝胶时间有影响,随他们的含量降低,凝胶速度变慢,图2—12显示水分含量对凝胶时间的影响,当水分含量超过1.2 %时,影响较小。
图2—13显示游离酚对凝胶时间的影响,当酚含量超过7%~8%时,凝胶时间短。
(9)随交联反应温度上升,凝胶时间缩短,固化速度增加,如图2—14所示。
图2-13游离酚含量对线型酚醛树图2—14温度对线型酚醛脂凝胶时间的影响树脂凝胶时间的影响 (150℃) (10%六亚甲基四胺)(10)用HMTA作为交联剂,Novolak的交联可划分为两个阶段:凝胶化(第一阶段)和固化(第二阶段),至凝胶化结束,树脂已很难流动,至固化阶段结束,树脂已成网状结构,不溶亦不熔。
其全过程的结构变化可示意如图2-15。
(三)热固性酚醛树脂的固化前已述及,Resoles树脂是在醛与酚摩尔比大于1,碱性催化剂(如NaOH)作用下加热反应合成的,其结构在A(甲)阶段主要是一元、二元及三元羟甲基酚的混合物,有时也含有一定量的二聚体,它实际是缩聚控制在一定程度的活性中间产物,因此很容易在适当条件下继续进行反应而凝胶化,甚至交联固化成网状结构大分子。
虽然常温下和在pH大于7的碱性条件下也可以使Resole化,但大多数场合为了加速其固化而需要适当加热和改变为酸性条件。
Resoles固化机理相当复杂,至今仍不完全清楚,比较一致的观点是主要由羟甲基酚之间的下列反应的不断发生导致Resoles先实现凝胶化,进而交联固化。
上面这(1)、(2)两种反应有下列几点不同:即反应(1)是酚核上的羟甲基与另一羟甲基酚的酚核上的氢脱去一分子水而形成-CH2一桥,而反应(2)是两个羟甲基酚上的羟甲基之间脱去一分子水而形成-CH2-0-CH2一桥;另外,反应(1)生成亚甲基键的活化能较低,为5 7.4kJ/mol,而反应(2)生成醚键的活化热较高,约为114.7kJ/mol。
固化反应除以上反应外还可发生其他类型的反应,例如酚羟基与羟甲基的缩合:Resole树脂在低于170℃固化时,在酚核间主要形成亚甲基键及醚键,其中亚甲基键是酚醛树脂固化时形成的最稳定和最重要的化学键。
酸和碱都是有效的亚甲基键形成的催化剂,在酸性条件下、中等温度下的固化速率正比于氢离子浓度;强碱条件下,在反应的早期,当pH超过一定的值后,固化速率与碱的浓度无关。
在固化过程中形成的醚键既可以是固化结构中的最终产物,也可以是过渡的产物。
酚醇在中性条件下加热(低于160℃)很易形成二苄基醚,然而超过160℃,二苄基醚易分解成亚甲基键,并逸出甲醛:同时在酚醇分子中取代基的大小与性质对醚键的形成也有很大的影响,如表2-7所示。
表2-7酚醇的对位取代基对醚键形成的影响综上,Resole树脂在固化过程中,通常认为亚甲基键和醚链同时生成,两者在固化结构中的比例是与树脂中羟甲基的数目、体系的酸碱性、固化温度和酚环上活泼氢的多少有关。
若固化温度低于160℃,对由于取代酚形成的A阶树脂,生成二苄基醚是非常重要的反应,对于三官能度酚合成的树脂,这一反应也可发生,但重要性较小,如果树脂呈碱性,主要生成亚甲基键。
在酸性条件下,亚甲基键与醚键同时生成,在强酸性条件下主要生成亚甲基键。
在较高温度下(超过170℃),二苄基醚不稳定,可进一步反应。
然而,亚甲基键在低于树脂的完全分解温度时非常稳定,并不断裂。
在中性条件下,从三官能度酚合成的A 阶树脂的固化结构中,亚甲基键是主要的连接形式。
此外还生成亚甲基苯醌和它们的聚合物以及氧化-还原产物。
固化过程中产生的4-亚甲基-2,5-环己二烯-1-酮或6-亚甲基-2,4-环己二烯-1-酮具有如下结构:这些化合物可进一步反应,既可与不饱和键进行Diels-Alder反应,也可与羟甲基苯酚发生氧化还原反应,生成醛产物:Resoles树脂中添加酸使之固化的反应,在许多方面都与Novolak酚醛树脂合成过程中的反应类似,它们的主要区别在Resole树脂的酸固化过程中醛相对酚有较高的比例,以及当酸添加时醛以化学结合至树脂分子结构之中。
因此,其酸固化时的主要反应是在树脂分子间形成亚甲基键。
然而,若酸的用量较少、固化温度较低以及树脂分子中的羟甲基含量较高时,二苄基醚也可形成。
Resoles酚醛树脂酸固化时的另一特点是反应剧烈,并放出大量的热,酚与醛在酸催化下缩聚反应的高度放热对制备自发泡的酚醛树脂极为有用。
反应放热也使树脂温度升高,又加速了固化反应。
Resole型酚醛树脂的固化过程最好在较低的pH值下进行。
已经发现对各类型的Re sole树脂而言,最稳定的pH值围与树脂合成时所用酚的类型和固化温度有关。
间苯二酚类型的树脂最稳定的pH值为3,而苯酚类型的树脂最稳定的pH值约为4左右。
显然,在pH 值低于3时固化反应由氢离子催化,而在较高的pH值时(约从5开始),固化过程由氢氧根离子催化。
影响Resole型树脂固化速率的另一些因素如下。
(1)树脂合成时的酚醛投料比一阶热固性树脂在固化时的反应速度与合成树脂时的甲醛投料量有关,即甲醛含量增加,树脂的凝胶时间缩短(图2-16)。
图2-16在150℃合成一阶固体树脂时开始甲醛/苯酚的摩尔比对反应性的影响(2)酸碱性Resole型树脂的热固性能受体系酸、碱性的影响很大。
当固化体系的pH =4时为中性点,固化反应极慢,增加碱性导致快速凝胶,增加酸性导致极快的凝胶。
(3)温度随固化温度升高,A阶树脂的凝胶时间明显缩短,每增加10℃,凝胶时间缩短一半。