10. 实验十 线性酚醛树脂的制备

高

分

子

化

学

实

验

报

告

实验十线性酚醛树脂的制备

线性酚醛树脂的制备

一、实验目的

1. 了解反应物的配比和反应条件对酚醛树脂结构的影响，合成线性酚醛树脂；

2. 进一步掌握不同预聚体的交联方法。

二、实验原理

酚醛树脂是由苯酚和甲醛聚合得到的。强碱催化的聚合产物为甲阶酚醛树脂，甲醛与苯酚摩尔比为1.2-3.0:1。甲醛用36%-50%的水溶液，催化剂为1%-5%的NaOH 或Ca(OH)2，在80-95℃加热反应3h 。就得到了预聚物。为了防止反应过头和凝胶化，要真空快速脱水。预聚物为固体或液体，分子量一般为500-5000，呈微酸性，其水溶性与分子量和组成有关。交联反应常在180℃下进行，并且交联和预聚物合成的化学反应是相同的。

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：

C

H

H

O H +

C

H H

HO +

OH

OH

CH 2OH

OH

OH

H 2C

OH

C

H

H O OH

+n n

OH

H 2C

n

n +H 2O

酚醛树脂塑料是第一个商品化的人工合成聚合物，具有高强度和

尺寸稳定性好、抗冲击、抗蠕变、抗溶剂和耐湿气性能良好等优点。大多数酚醛树脂都需要加填料增强，通用级酚醛树脂常用粘土、矿物质粉和短纤维来增强，工程级酚醛级则要用玻璃纤维、石墨及聚四氟乙烯来增强使用温度可达150℃-170℃。酚醛聚合物可作为粘合剂，应用于胶合板、纤维板和砂轮，还可作为涂料，例如酚醛清漆。含有酚醛树脂的复合材料可以用于航空飞行器，它还可以做成开关、插座及机壳等。

本实验在草酸存在下进行苯酚和甲醛的聚合，甲醛量相对不足，得到线形酚醛树脂。线形酚醛树脂可作为合成环氧树脂原料。与环氧氯内烷反应获得酚醛多环树脂，也可以作为环氧树脂的交联剂。

三、化学试剂和仪器

化学试剂：苯酚、甲醛水溶液、草酸、六亚甲基四胺

仪器设备：三颈瓶、冷凝管、机械搅拌器、温度计

四、实验装臵图

五、实验步骤现象及分析

项

目实验步骤现象分析

线形酚醛树脂的制备1.向装臵图中所示的

三口瓶中加入18.5g苯

酚（0.207mol，14.7ml）

13.8g 37%甲醛水溶液

（0.169mol，13ml），

2.5ml蒸馏水和0.3g

水合草酸。

试剂瓶中的苯酚是

无色透明状固体，

不方便量取，将其

臵于热水中渐渐溶

解；有刺激性气味；

三口瓶中的溶液为

无色透明液体，水

合草酸沉于三口瓶

底部；

本在常温下为无色晶体，

有毒，加热到45℃可融

化；甲醛溶液无色，有强

烈刺激性气味；加2.5ml

蒸馏水，是为了便于苯酚

溶解利于反应的进行；

2.水浴加热（慢慢升温

到90℃左右）并开动搅

拌，反应混合物回流

1-1.5h。

加热，水合草酸溶

解；随着反应的进

行，温度升高，溶

液渐渐变浑浊呈乳

白色，黏度增加；

在草酸催化作用下，甲醛

和苯酚聚合成黏稠聚合

物，因此溶液变浑浊呈乳

白色，黏度增加；

3.将三口瓶中反应液

倒入装有90ml蒸馏水

的烧杯中，搅拌均匀

后，静臵，冷却至室

温，分离去出水层。

将反应液倒入蒸馏

水中时，立即出现

分层现象；底层为

大量乳白色黏稠浑

浊物；出去水层后，

浑浊物黏度增加；

反应后产物中留有一定

量的苯酚、甲醛、草酸及

低聚体聚合物，它们易溶

于水，且降低产物的黏

性，高聚物不溶于水，所

以通过加水溶解原料和

低聚物，使之随水而除

去，提高产物黏性和纯

度；

六、实验注意事项

1.苯酚和甲醛都是有毒物质，在量取和实验的过程中都必须严格遵守实验操作步骤，以防中毒或腐蚀皮肤。

2.反应应在通风厨中进行，因为不管是甲醛还是苯酚都有一定的毒性，对皮肤等有一定的腐蚀性。

3.苯酚在空气中溶液被氧化，从而影响实验产品的颜色，因此在量取苯酚和将其加入三口瓶的过程中，我们应尽量迅速并及时将试剂瓶密封。

4.在加原料应该把原料加完后再加热，以保证在达到较高温度时，原料有足够的时间溶解，并混合搅拌均匀。

5.最后得到的产品应放到指定的地方，避免黏性造成水管堵塞。

七、实验图片展示

固

化

4.称取六亚甲基四胺粉末0.5g ，加入上述步骤所得糊状产物中，充分搅拌，观察产物的黏

性变化。 产物的黏度明显增加，流动性减小； 加入交联剂后，线性高分子聚合物部分交联，分子量增加，黏度增大；