醇溶性酚醛树脂工艺设计

醇溶性酚醛树脂工艺设计

学院名称化学化工学院

班级高分子材料与工程081班

学生姓名韦月婷

学号20084580110

指导教师刘芝芳

2011-12-05

醇溶性酚醛树脂工艺设计说明书

一、引言

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。

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。

根据溶剂的不同，分为醇溶和水溶。能溶解在水里而不溶于醇的为水溶醇不溶酚醛树脂；能溶解在醇里而不溶于水的为醇溶水不溶酚醛树脂；两者都能溶解的为醇溶水溶酚醛树脂。

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。

二、醇溶性酚醛树脂工艺设计

1．原料：

生产醇溶性酚醛树脂的原料

名称含量

苯酚98%(质量分数，含杂质)

甲醛37%(质量分数)

氨水（催化剂）20%(质量分数)

乙醇95%(V/V)

2．配料比：苯酚∶甲醛（37%）=1∶1.2（摩尔比）

3．产品质量：

固含量：60%

水：﹤8%

游离苯酚：﹤5%（存于树脂中）

氨水的用量：5%（为纯苯酚质量的5%）

三、合成

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：

1、加成反应

在适当条件下，一元羟甲基苯酚继续进行加成反应，就可生成二元及多元羟甲基苯酚：

酚与醛的摩尔比

酚醛树脂是酚类与醛类反应合成的产物，所以两者必须有适当的摩尔比，任何一种原料极大的过量，都不可能生成酚醛树脂。

当反应采取酚与醛的摩尔比为1：1时，理想状态下，应可生成线型结构的酚醛树脂，但因没有更多的甲醛分子，苯酚的三个反应活化点并没有充分起作用，故而不能形成交联网状结构的酚醛树脂。

若反应采取酚稍过量，例如醛与酚的摩尔比为2：3，则不能产生足够的羟甲基，缩聚反应达到一定阶段就会停止，只能得到较低分子量的线型结构酚醛树脂：

与上相反，若反应采取醛过量，即两者摩尔比大于1，则反应初期的加成反应，易于形成二元及多元羟甲基酚：

酚醛树脂合成的第一步产物(一元羟甲基苯酚)继续进行加成反应二元及多元羟甲基苯酚的速率都远比一元羟甲基苯酚生成的速率快，也比一元羟甲基苯酚继续反应速率快，所以更有利于生成二元及多元羟甲基苯酚，它们经缩聚反应就会生成带支链的树脂分子；

只有醛过量达到一定水平，能够保证生成较多量的三羟甲基苯酚的情况下，反应初期才能有一定支链结构的大分子，也才有可能继续进行交联反应最终形成网状结构。

2.缩合及缩聚反应

缩合及缩聚反应，随反应条件的不同可以发生在羟甲基苯酚与苯酚分子之间，也可发生在各个羟甲基苯酚分子之间

在以氨水为催化剂的碱性条件下，主要发生以下反应：

四、生产流程或生产方案

1．生产流程方案

用苯酚、甲醛为原料，控制摩尔比在1∶1.2，使其在碱性环境下缩合成树脂，经真空脱水后制得成品。

本工艺利用真空吸入原料苯酚,室内供热系统提供水蒸汽作为热源。其他原料来自高位槽并可加入适量乙醇用以调节粘度避免结垢。

2.工艺流程简图和参数

流程简图如图图所示：

苯酚（98％）

甲醛（37%）

氨水（20%）

脱酚醛

水乙醇

溶液

醇溶性酚醛树脂的生产工艺流程简图

溶液缩聚分离脱水熔融缩聚加醇稀释

工艺参数如表所示：

醇溶性酚醛树脂的生产工艺参数

合成阶段脱水阶段调稀阶段原料20℃-70℃75℃（2.5～3h）冷却到50℃

冷却水—20℃升到30℃—

水蒸汽—75℃降到40℃—

整个生产周期如图所示：

醇溶性酚醛树脂的生产周期

3．生产流程简述

(1).向反应釜内加料

a按树脂生产配方要求，依次分别对苯酚、甲醛进行计量后加入反应釜；

b搅拌均匀后，测pH值。根据配方要求及原料混合液的pH值，加入适当量的碱性催化剂，最终pH值一般在7.0～11.0范围内。

(2).缩聚反应

a加热搅拌下，向反应釜夹套内通蒸汽加热，缓慢：逐步升温至60℃，用真空将苯酚吸入反应釜内，通入蒸汽保温；将37%的甲醛水溶液以苯酚∶甲醛=1∶1.2（mol）的比例缓慢加入反应釜内，开启电动搅拌系统开始搅拌；再加入浓度为20%的氨水催化剂，加热升温至70℃,由于缩聚反应的放热效应，温度会自动上升。当温度升至78℃时，即用循环冷却水调节，使反应温度缓缓上升并保温在85℃～95℃间（不超过95℃）。放热量一般为586.1kJ/kg(苯酚与甲醛反应放热速率)。反应温度用夹套内通蒸汽(表压)及冷却水(流量)的办法来调节。