酚醛树脂
酚醛树脂

应用
1、酚醛模塑料 2、耐火材料 3、摩擦材料 4、磨具磨料 5、轮胎橡胶 6、电工电子材料 7、酚醛泡沫
谢谢观赏
赵芳波、王思迪、 马胡坚
2013/12/3
酚醛树脂
1、定义 2、原理 3、 特点 4、应用
应用
定义
酚类和醛类的缩聚产物通 称为酚醛树脂,一般常指由苯酚 和甲醛经缩聚反应而得的合成树 脂,它是最早合成的一类热固性 树脂。酚醛树脂是由苯酚和甲醛 在催化剂条件下缩聚、经中和、 水洗而制成的树脂。
其化学式:[C6H3OHCH2]n
原理
根据高分子化合物合成的基本原理, 只有原料的反应官能度为2时才能形成线型 大分子,而若要形成支链以及体型(网状) 结构高分子,原料的官能团必须大于2。 酚醛树脂的合成原料是酚与醛。由 于醛类的反应官能度为2,所以酚的官能度 就起了决定性作用。 酚醛树脂的合成反应分为两步,首 先是苯酚与甲醛的加成反应,随后是缩合 及缩聚反应。即:加成反应和缩合及缩聚 反应
影响酚醛树脂的合成、结构及特性的主 要因素为如下四点:
•
(1)原料的化学结构; (2)酚与醛的摩尔比; (3)反应介质的酸、碱 性; (4)生产操作方法。
特点
酚醛树脂是被人类最早合成的一种 树脂。树脂是高分子化合物,所以酚醛树 脂具有高分子化合物的基本特点,即:(1) 分子量(相对分子质量)大,且呈现多分 散性;(2)分子结构有多样性,在不同条 件下可分别制成线型、支链型、网状结构; (3)酚醛树脂处于线型、支链型结构状态, 具有可溶可熔可流动的可加工性,当转变 为体型(三向网状)结构状态,就固化定 型且失去可溶可熔和可加工性;(4)酚醛 树脂如同所有高分子化合物一样不能被加 热蒸发,过高温度只能使其裂解,甚至炭
酚醛树脂

酚醛树脂1.摘要酚醛树脂是一种最经典的人工合成树脂,有近百年的使用史。
由于酚醛树脂的原料易得,价格低廉,生产工艺和设备简单,而且制品具有优异的机械性能,耐热性、耐寒性、电绝性、尺寸稳定性、成型加工型、阻燃性及低烟雾性。
因此其成为工业部门不可缺少的材料,被广泛应用于固结磨具、涂附磨具、摩擦材料、耐火材料以及电木粉、烟花爆竹、铸造等各个领域。
2.引言酚醛树脂是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,其中以苯酚和甲醛树脂为最重要。
也是世界上最早由人工合成的,至今仍很重要的高分子材料。
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。
酚醛树脂为热固性树脂,与其它热固性树脂相比,其优点有:(1)固化时不需要加入催化剂、促进剂,只需加热、加压,调整酚与醛的摩尔比与介质pH值,就可得到具有不同性能的产物。
(2)固化后密度小,机械强度、热强度高,变形倾向小,耐化学腐蚀及耐湿性高,是高绝缘材料。
3.1酚醛树脂的合成原理酚醛树脂也叫电木,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。
苯酚与甲醛缩聚而得。
它包括:线型酚醛树脂、热固性酚醛树脂和油溶性酚醛树脂。
主要用于生产压塑粉、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、家具塑料把手等等phenolic resin,简称PF,酚醛树脂.为黄色、透明、无定形块状物质,因含有游离分子而呈微红色,比重1.25~1.30,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。
3.2酚醛树脂的重要性能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。
酚醛树脂

酚醛树脂以酚类与醛类为原料,在催化剂作用下,缩聚而得到的树脂,统称为酚醛树脂。
酚醛树脂是应用于工业上最早的一种合成树脂。
由于它原材料来源丰富,合成工艺简单,成本较低,而且具有良好的化学性能、物理性能、力学性能和电气绝缘性能,具有广泛的用途。
它可以根据不同的使用要求,合成各种使用性能的酚醛树脂,例如,可制成耐热纤维、黏合剂、泡沫塑料等。
酚醛纤维酚醛纤维具有优异的阻燃、抗烧蚀、高热稳定性和吸声等特性,得到了广泛应用。
酚醛纤维是过量的苯酚与甲醛反应生成直线性酚醛树脂,酚醛树脂经熔融纺丝,在酸和醛的混合液中固化形成不溶不熔纤维。
纺出纤维的固化反应,就是此聚合物纤维原丝在酸催化作用下进一步同甲醛发生的加成缩合反应,生成亚甲基桥键-CH2-和亚甲基醚键-CH2OCH2-化合物。
(l)酚醛纤维的制备在草酸催化作用下,使过量苯酚与甲酸反应,合成直线形热塑性酚醛树脂;进一步分馏,制备出软化点130℃、数均分子量2000和游离酚含量小于0.3%的高纯可纺性热塑性酚醛树脂;再经熔融纺丝,纺制成平均直径1Oum的纤维;将初生纤维固定在石墨夹板上,浸入盛有甲醛和盐酸水溶液的固化液的反应器内,按一定的升温速率升温至95℃,进行固化反应,得到酚醛纤维。
甲醛浓度、盐酸浓度、升温速率等因素对固化反应产生影响,最终影响酚醛纤维的性能。
(2)影响酚醛纤维性能的因素初生纤维的熔并温度随着甲醛浓度的增大而依次降低。
其原因在于甲醛与酚醛树脂具有良好的相容性,甲醛的浓度越高,对酚醛树脂的渗透性越强;甲醛对酚醛树脂有显著的溶胀作用,并使其在甲醛浓溶液中的熔点降低。
为提高+CH2OH在纤维内部的扩散速度,在+CH20H马初生纤维的液固反应体系中,选用高浓度的+CH30(18.5%),即HCHO (37%)与HCl(37%)各50%相混合。
将初生纤维置于18.5%的盐酸溶液中,按10℃/h的速率升温至95℃,并在此温度下恒温2h。
初生纤维在反应结束后变成棕红色纤维,将此反应生成物用热台显微镜和IR进行分析,结果表明,初生纤维经盐酸处理后亚甲基-CH2-和酚羟基-OH吸收峰相对强度减少,出现了新的吸收峰芳香醚键C-O-C和芳香酮键C-C=O。
酚醛树脂

1.酚醛树脂就是一类由酚类化合物与醛类化合物缩聚而成,其中以苯酚与甲醛缩聚而得的酚醛树脂最为重要。
2、酚醛树脂的历史1872年,德国化学家拜耳(A. Baeyer)首先发现酚和醛在酸的存在下可以缩合得到无定形棕红色的不可处理的树枝壮产物,但未开展研究;1902年,布卢默(L. Blumer)用酒石酸135份作催化剂,得到了第一个商业化酚醛树脂,命名为Laccain,但没有形成工业化规模; 1905~1907年,酚醛树脂创始人美国科学家巴克兰(Baekeland)对酚醛树脂进行了系统而广泛的研究,于1909年提出了关于酚醛树脂“加压、加热”固化的专利,实现了酚醛树脂的实用化,有人提议将此年定为酚醛树脂元年(或合成高分子元年)。
3、酚醛树脂的特性原料价格便宜,生产工艺简单而成熟,制造及加工设备投资少,成型加工容易;树脂既可混入无机填料或有机填料做成膜塑料,也可浸渍织物制层压制品,还可以发泡; 制品尺寸稳定;耐热、耐燃,可自灭,电绝缘性能好,但耐电弧性差; 化学稳定性好,耐酸性强,但不耐碱。
4.酚醛树脂的分类由于采用酚、醛的种类、催化剂类别、酚与醛的摩尔比的不同可生产出多种多样的酚醛树脂,它包括:线型酚醛树脂、热固性酚醛树脂和油溶性酚醛树脂、水溶性酚醛树脂。
5.热塑性酚醛树脂的制备线性酚醛树脂是甲醛和苯酚以0.75-0.85:1的摩尔比聚合得到的,常以草酸或硫酸作催化剂,加热回流2-4h ,聚合反应就可以完成。
催化剂的用量为每100份苯酚加1-2份草酸或不足1份的硫酸。
由于加入甲醛的量少,只能生成低分子量线性聚合物。
反应混合物在高温脱水、冷却后粉碎,混入5%-15%的六亚甲基四胺,加热即迅速发生交联。
本实验采用酸催化,其反应机理及方程式如下:CHO H +CH HHO+OHCH 2OHOHH 2COHCHH O OH+n nOHH 2Cnn +H 2O(在酸性催化剂存在下,甲醛与过量的苯酚(其摩尔比约为6:7或5:6)反应生成热塑性酚醛树脂,其反应过程如下:苯酚和甲醛之间首先发生加成反应得一羟甲基苯酚:在酸性介质条件下,一羟甲基苯酚很活泼,它很快与另一苯酚分子上的邻、对位的氢原子发生脱水反应(缩合反应),以次甲基桥连接起来:因为反应可以发生在邻位和对位,故产物是各种不同位置的异构体的混合物,它们还可以继续与甲醛和苯酚反应。
酚醛树脂概述

酚醛树脂概述酚醛树脂(Phenol-Formaldehyde Resin,PF),也称为电木或电木粉。
酚醛树脂是由酚类化合物(如苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚、叔丁酚、双酚A等)与醛类化合物(如甲醛、乙醛、多聚甲醛、糠醛等)在碱性或酸性催化剂作用下,经加成缩聚反应制得的一类聚合物的统称。
它是合成树脂中发现最早、最先实现工业化生产的树脂品种,已有百年历史。
1872年,德国化学家Bayer首先发现酚和醛在酸的存在下可以缩合得到无定形棕红色的不可处理的树枝状产物,但未开展研究;1902年,布卢默(Blumer)用酒石酸作催化剂,得到了第一个商业化酚醛树脂,命名为Laccain,但没有形成工业化规模;1905—1907年,酚醛树脂创始人美国科学家贝克兰(Baekeland)对酚醛树脂进行了系统而广泛的研究,并于1909年提出了关于酚醛树脂“加压、加热”固化的专利,实现了酚醛树脂的实用化,解决了重大的关键问题。
1910年在柏林吕格斯工厂建立通用酚醛树脂公司,实现了工业生产。
1911年,艾尔斯沃思提出用六亚甲基四胺固化热塑性酚醛树脂,并制得性能良好的塑料制品,获得广泛的应用。
1913年,德国科学家阿尔贝特(Albert)发明在苯酚-甲醛酸性缩合物中加松香,制得了油溶性酚醛树脂。
这一发明开辟了酚醛树脂在涂料工业中的应用。
1969年,由美国金刚砂公司开发了以苯酚-甲醛树脂为原料制得的纤维,随后由日本基诺尔公司投入生产。
酚醛树脂作为三大热固性树脂之一,其产量在合成高分子聚合物中居第五位,在热固性树脂中居第一位。
以选用催化剂的不同,酚醛树脂可分为热固性和热塑性两类。
以酚醛树脂为主要成分并添加大量其他助剂而制得的制品称为酚醛塑料,主要包括PF模塑料制品、PF层压制品、PF泡沫塑料制品、PF纤维制品、PF铸造制品、PF封装材料等。
1.酚醛树脂的生产酚醛树脂的生产可以按两条具有显著差异的工艺路线来生产,即通称为热塑性树脂(又称二步法树脂、线型树脂、Novolak树脂)路线和热固性树脂(又称一步法树脂、甲阶或A阶树脂、Resole树脂)路线,两条工艺路线示意图如图2-12所示。
酚醛树脂

前言酚醛树脂也叫电木,又称电木粉,英文名称phenolic resin,简称PF,比重1.25~1.30,是酚与醛经聚合制得的合成树脂统称, 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。
因选用催化剂的不同,可分为热固性和热塑性两类。
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。
其中以苯酚-甲醛树脂最重要。
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。
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,热固性酚醛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。
酚醛树脂工业的发展史用化学合成的方法得到并被实际应用的第一个合成高分子材科,是美国Baekeland 发明的酚醛树脂,它是世界上人工合成的第一类树脂材料,它具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能,而且由于它原料易得,合成方便,已经被工业广泛使用,至今已有百年历史。
酚醛树脂

1.简介酚醛树脂(电木),是一种以酚类化合物与醛类化合物经缩聚而制得的一大类合成树脂。
其中苯酚-甲醛树脂是酚醛树脂中最典型和最重要的一种。
酚醛树脂在制备之初由于其优良的耐热性、绝缘性而被广泛应用与电器材料,这也是酚醛树脂俗称电木的由来。
酚醛树脂根据所采用原料反应官能度、酚与醛的摩尔比及合成反应催化剂的不同可分为热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂两大类产品。
热塑性酚醛树脂在无固化剂促进下具有热可塑性,热固性不需要固化剂也具有自固化特性。
酚醛树脂通过合成时加入不同组分,可获得功能各异的改性酚醛树脂。
2.属性其他属性:耐酸性、耐水性、绝缘性、机械强度优异、易切割加工。
3.应用:酚醛泡沫是由酚醛树脂通过发泡而得到的一种泡沫塑料。
与早期占市场主导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优良性能。
其重量轻,刚性大,尺寸稳定性好,耐化学腐蚀,耐热性好,难燃,自熄,低烟雾,耐火焰穿透,遇火无洒落物,价格低廉,是电器、仪表、建筑、石油化工等行业较为理想的绝缘隔热保温材料。
4.产能情况:2002-2018年中国酚醛树脂产量变化趋势(单位:万吨,%)目前我国约有200多家酚醛树脂生产企业,年产能已达到130万吨,实际生产量约为100万吨。
国内酚醛树脂消费量为110万吨,已占到全球消费量的三分之一,我国已经成为酚醛树脂最大的生产商与消费者。
在国内生产酚醛树脂的诸多企业主要集中在华东地区,尤其是产量较大的厂家集中在江苏、浙江、福建、上海、山东五省市。
年产能靠前的有济南圣泉基团(年产能35万吨,公司拟再扩大高端酚醛树脂23万吨产能。
成为世界最大的酚醛树脂生产企业。
)、辽宁锦城化工(年产能6万吨)、河南邦德化工(年产能3万吨)、山东莱芜润达新材料(年产能3万吨)、新疆美克斯新材料(年产能3万吨)、大石桥市天源炉料化工有限公司(年产能1.5万吨)等。
由于技术的进步,酚醛树脂优良的性价比也使得酚醛树脂也从单纯作为生产酚醛塑料的原材料逐步被应用于诸多工业领域,比如汽车、建筑、铸造、涂料、冶金、电子领域对酚醛树脂的需求量就在逐年增大。
酚醛树脂(MSDS)

酚醛树脂(MSDS)
酚醛树脂(MSDS)
产品信息
- 产品名称:酚醛树脂
- 分子式:C7H6O2
物理性质
- 外观:无色或微黄色固体
- 溶解性:微溶于水,可溶于有机溶剂
- 熔点:约 100-200°C
- 密度:约 1.2 g/cm³
健康与安全信息
- 吸入:避免吸入粉尘,可能引起呼吸道刺激和不适
- 食入:切勿食用,可能导致胃肠道不适
- 眼部接触:避免接触眼睛,如不慎接触,立即用清水冲洗至少15分钟
- 皮肤接触:避免长时间接触皮肤,如接触后出现不适,应立即用清水冲洗
环境影响
- 酚醛树脂在水中降解较慢,可能对水生生物造成毒性
- 避免将酚醛树脂排放到自然水体中
应急措施
- 吸入:将患者移到空气新鲜处,如出现呼吸困难,寻求医疗帮助
- 食入:立即给患者喝水,不要催吐,寻求医疗帮助
- 眼部接触:立即用清水冲洗至少15分钟,如有不适,寻求医疗帮助
- 皮肤接触:立即用清水冲洗,如有不适,寻求医疗帮助
防护措施
- 使用个人防护装备,如手套、防护眼镜和防护服
- 在通风良好的区域使用,避免吸入粉尘
- 避免与皮肤和眼睛长时间接触
- 储存时避免高温和明火
废弃物处理
- 按照当地法规进行处理和处置
- 不要将废弃物排放到自然水体中
注意事项
- 酚醛树脂仅用于工业用途,切勿接触食品和饮用水
- 避免与强氧化剂和酸性物质接触
*以上信息仅供参考,具体情况请参考该产品的正式酚醛树脂安全数据表(MSDS)*。
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水性酚醛树脂胶粘剂的制备酚醛树脂是苯酚或取代苯酚同甲醛的反应产物。
改变酚和醛的种类,酚/酲摩尔比,催化剂的种类和用量,或者反应时间与温度,其反应生成物均会不同。
重要的商品酚包括苯酚C6H5OH,甲苯酚CH3C6H4OH,二甲苯酚(CH3)2C6H3OH,对叔丁基苯酚等。
所用酚/醛摩尔比与催化剂的种类,决定着酚醛树脂是酚端基还是羟甲基端基(-CH2OH)。
酚端基型酚醛树脂常称为“线性酚醛树脂”(novolac)或“两步型树脂”;这种树脂不是热反应性的,除非另外加入更多的甲醛,它们一般用六次甲基四胺(简称“六次”)在加热下交联固化。
如果分子链端为羟甲基,则可称为“甲阶酚醛树脂”(resole)或“一步型树脂”;这类树脂是热反应性的,在进一步加热下就会固化成热固性网状结构-除非将苯酚的邻位之一或对位预先封闭(例如采用对叔丁基苯酚)。
两步型树脂在酚过量(即较高酚/酲摩尔比)与酸性催化剂存在下制备;一步型树脂在醛过量(即较低酚/醛摩尔比)与碱性催化剂存在下制备。
水性酚醛树脂包括低分子量的水溶性酚醛树脂(主要是甲阶树脂)和水分散性酚醛树脂两类,后者可从包括线性酚醛树脂在内的多种酚醛树脂制成,且稳定得多。
1.水溶性甲阶酚醛树脂的制备一般甲阶酚醛树脂是否有水溶性或混溶性的关键是控制其加热反应的程度。
在醛过量与碱性催化剂存在下,最初生成的产物主要是苯酚中两个邻位和一个对位上的氢部分或全部被羟甲基取代。
在进一步加热下,可能发生两类缩合脱水反应导致分子量增大:一类为2个羟甲基之间缩合形成醚链节(-CH2-O-CH2),另一类为一个羟甲基同一个邻位或对位活泼氢原子之间反应产生次甲基链节。
在加热反应程度不大时,产物含有比例较多的亲水基团(如羟甲基等),是低粘度的水溶性液体;进一步反应脱水,在分子量增大的同时,亲水基团减少,就逐步变成同水混溶性很小或不混溶的高粘度液体,其后变成可粉碎的固体。
一般甲阶酚醛树脂的制备工艺,是把氢氧化钠催化剂加入到苯酚和甲醛中,然后逐步加热到80-100℃。
用真空控制反应温度在100℃以下,反应时间一般为1-3h。
因为甲阶树脂进一步加热反应会凝胶,故脱水温度用真空控制在105℃以下。
通常在150℃热板上测试凝胶时间,以监测反应程度并决定是否结束反应和出料。
低分子量水溶性树脂应在尽可能低的温度下完成生产反应,通常在50℃左右(反应活性较低的对位取代型甲阶树脂可以在高达120℃的温度下完成反应)。
这类水溶性树脂固含量范围40%-70%,pH范围7-7.5。
其树脂分子量稍微增大(这在室温下也很难避免),对水溶性或混溶性都会产生重大影响。
因此这类树脂常按订货单制造,并在冷冻下贮存或装运,并且要马上使用。
液体甲阶酚醛树脂有两类:①含树脂的可溶性盐;②为用过滤脱除了不溶性盐的树脂。
这些盐是在综合碱性催化时形成的。
在前一种类型中不必脱除其可溶性盐,因此成本较低。
采用对叔丁基苯酚制备甲阶树脂时,一般在制造期间要经过洗涤脱盐。
在最初的碱性反应阶段后,在脱水之前,反应物料用一种芳香溶剂稀释,经中和形成一种水溶性盐。
当停止搅拌时,水层(含有大多数盐)沉降到底部,接着进行溶液分离。
再加入更多的水进行反复多次的洗涤。
其后将树脂在真空下脱除溶剂,在冷却前形成所希望的分子量。
在有些应用中,需要使液体水溶性甲阶树脂保持与水的高混溶性。
例如当其用作绝热粘结剂时,它们要用相当多的水稀释后喷洒到玻璃和石棉纤维上。
因此这类树脂也要求在冷冻下贮存和装运。
固态甲阶树脂较稳定,只在热天才需冷冻。
从对位取代酚类(如丁基苯酚)所制得的甲阶树脂可稳定1年以上。
水溶性酚醛树脂一般可以用粘度、相对密度、固含量和水溶性来表征。
典型树脂的性能为:粘度100mPa·s(251℃,固含量60%,水溶性最低2500%。
固含量的测定方法是,称取1-2g样品,经过135℃干燥3h后再称重,然后比较质量差。
其他值得关注的性质还有pH(7-7.5),折射率-它可作为树脂制造期间固含量的快速检测指标,以及灰分。
如果树脂已被中和成不溶性盐后过滤,灰分在1%以下;如果树脂被中和成可溶性盐,灰分约为3%。
一步甲阶树脂的相对分子质量范围通常为150(可用水稀释的液体树脂)-1000或更高(可粉碎的固体树脂)。
2应用一般酚醛树脂胶粘剂有良好的耐热、耐介质等性能,但固化后胶层是脆性的。
需加温加压固化,常用其他高分子化合物来改善性能,方可扩大应用。
未改性的酚醛树脂胶粘剂主要用于粘接木材、泡沫塑料和其他多孔性材料,也可用于制造胶合板。
一般非水性一步型酚醛树脂胶粘剂由苯酚与甲醛以摩尔比1:(1-3),在碱性催化剂存在下进行加成反应,生成含羟甲基苯酚的低聚物,常配成固含量50%-60%的乙醇溶液供使用。
储藏中,胶粘剂的pH会下降,由12-13降至11-9.5,会造成储藏不稳定性,可加入二氧化锰来提高储藏稳定性。
固化有酸固化和加热固化两种方法。
加热固化型是将胶液涂布于被粘材料,待溶剂挥发后粘合,在130-150-2加热固化0.5-1h即成;用于金属、砂布等粘接。
酸固化型是在胶液100份中加入对甲苯磺酸(或石油磺酸、苯磺酰氯)5-10份,混合均匀后,室温可固化。
用于木材的粘接。
一般线型酚醛树脂胶粘剂可采用苯酚/甲醛摩尔比1:(0.6-1),在酸性催化剂存在下缩聚生成可溶可熔性酚醛树脂。
粘接时加入约10%六次甲基四胺,在160℃固化交联成不溶不熔的胶层。
该胶用于木材、层压材料、制动闸瓦、砂轮、灯泡灯头、硬质纤维板及固体电阻等粘接,还可以用作丁腈橡胶的交联剂。
水性酚醛树脂的应用举例如下(关于它们用作其他胶粘剂的增粘剂或交联剂,可参见有关章节)。
(1)砂布等磨料膜具胶粘剂砂布等用的酚醛树脂胶粘剂主要是液体型的一步甲阶酚醛树脂。
这些树脂可根据它们的甲醛/苯酚摩尔比分成三类。
①它们具有高甲醛/苯酚摩尔比,由高水溶性树脂组成,而且是快干性的,因此可在相对低的温度(93-108℃)下固化。
其产品的pH为8或更高,粘度范围500-18000mPa·s,固含量50%-75%。
这类树脂既可用作膜料膜具的胶衣,又可用作面部上浆。
可以用水稀释法或同这类树脂中不同粘度的树脂共混而调节粘度。
低粘度、低固含量树脂用作面部上浆。
如果制造者的最高固化温度限制在108℃,可以采用这类树脂的共混物。
②它们具有低甲醛/苯酚摩尔比。
这类树脂同水的混溶性很低,因此要求采用比①类更高的固化温度。
其产品pH约为8,固含量75%-87%。
它们的固化比①类慢。
它们的粘度范围较宽,从1000-1000000mPa·s。
③它们具有中等甲醛/苯酚摩尔比。
这类树脂同水的混溶性也较低,采用比②类还要高的固化温度。
其产品pH约为6-8,固含量75%-87%。
它们的粘度范围也较宽,从1000-1000000mPa·s。
2)铸造型芯砂用水基酚醛胶粘剂可以采用的典型水基酚醛树脂为75%固含量的线性酚醛树脂。
当采用比其固体片状树脂较低的砂温时(约80℃),可得到最佳结果。
这类树脂较低的初始熔体粘度导致它们对砂粒有极佳的润湿性和树脂分布。
因为它们是溶液型树脂,所以在铸造时,必须添加“六次”和润滑剂。
在初期加热研磨搅合期间,加入一半的润滑剂,再在涂胶砂堆溃散后加入另一半,可以取得最佳结果。
硬脂酸钙或AcrawaxC可以使用。
(3)纤维粘接它们也可以采用液体甲阶酚醛树脂进行粘接,所用水溶性树脂固含量范围40%-70%,pH范围7-7.5。
这类树脂要在冷冻下贮存或装运,并且要马上使用。
采用的液体树脂包括含可溶性盐的树脂与脱除了不溶性盐的树脂,由于成本较低,前一种树脂常优先采用。
此外,上述水性酚醛树脂分散液也可用于纤维类材料的粘接。
尿素改性酚醛树脂胶粘剂的研究1 前言酚醛树脂和塑料是世界上最早实现工业化的合成树脂,迄今已有80 多年的历史。
酚醛树脂具有优异的胶结强度和耐水性;在高温高湿的环境中有相当高的耐久性;耐酸、耐化学药剂的侵蚀;具有广泛改性的特点,能与多种树脂混合使用,是一类性能优良的结构胶粘剂。
在美国、日本和一些欧洲国家,木材工业中酚醛树脂胶粘剂的用量是脲醛树脂胶的两倍以上。
在我国,酚醛树脂胶的用量较少,木材工业使用的胶粘剂80%以上是脲醛树脂胶,主要原因在于制造脲醛胶的主要原料——尿素价格远低于苯酚,而且脲醛树脂固化速度快,因此在室内用人造板生产中广泛应用。
但随着我国经济的发展,整体消费结构正向建筑业倾斜,因此室外用人造板的市场前景十分广阔。
例如酚醛胶刨花板可用于室外做墙板、混凝土模板、包装材料、地板、还可以取代部分珍贵木材和部分钢材来制造车辆车厢板。
此外,值得一提的是,近年来的研究发现,火灾事故中烟和毒性气体的放出是人员损伤和死亡的主要原因,阻燃和燃烧速度成为衡量建筑材料的关键性能指标,而酚醛树脂复合材料具有不燃性、低发烟率、少或无毒性气体放出,因此,在美国等国家酚醛树脂胶粘剂的用量很大。
但酚醛树脂胶由于存在以下缺点,限制了市场对它的需求。
(1)固化时间长,生产线的劳动生产率不高;(2)价格较贵;(3)含有游离酚、游离醛,如果释放量超标会影响人体健康。
针对上述问题,人们对酚醛胶进行了广泛的改性,在保证酚醛树脂优良物理、化学性能的前提下,缩短树脂固化时间;降低胶中的游离酚、游离醛含量;降低酚醛胶的生产成本成为研究的热点。
尤其在缩短树脂固化时间方面已取得了很大进步。
其中利用廉价的尿素替代部分苯酚,合成固化速度快、成本低的复合型酚醛树脂是酚醛树脂改性的有效途径。
2 试验材料与方法2.1. 改性酚醛树脂胶的合成2.1.1 主要原料见表12.1.2 制备工艺2.1.2.1 未改性酚醛树脂制备工艺将计量好的苯酚、氢氧化钠和水同时投入反应釜,搅拌10~15 分钟,使内温降至40~42℃,加入一部分甲醛,升温至80~85℃,保温反应45min 后,在10~15min 内将反应液加热至沸腾,在沸腾状态下保持10min,降温至80~85℃,加入剩余甲醛,在85~90℃下反应至粘度合格,降温至30℃出料。
按照该配方制备的酚醛树脂与尿素改性酚醛树脂进行对比2.1.2.2 改性工艺将苯酚、尿素、氢氧化钠和水按照一定的比例投入反应釜,氢氧化钠分两次加入,甲醛分三次加入,反应中间过程加入尿素。
2.2 树脂性能分析酚醛树脂胶粘剂的理化性能测试方法及技术指标主要参照中华人民共和国国家标准GB/T14074—93、GB/T 14732—93。
GB/T 14732—93 中没有列出刨花板专用酚醛树脂胶的技术指标,仅参照其中的FQBRH(W、G)项来衡量合成的PUF 树脂的性能。
由于GB/T 14074—93 只适用于醇溶性酚醛树脂(脱水后的树脂),标准中没有水溶性酚醛树脂(不脱水树脂)聚合时间的测定方法。