线性酚醛树脂的制备

高分子化学实验报告

09高分子（1）班

实验十线性酚醛树脂的制备

一、实验目的

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；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。

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、主要仪器和试剂

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、减压整流装置。四、实验步骤

实验步骤实验现象现象解释

1、向如图所示装置的三口瓶中加入：19.5g苯酚

（0.207mol），13.8g 37%甲醛水溶液（0. 169mol），2.5ml蒸a、苯酚为红棕色固

体，加热到40摄氏度

即可熔化；

b、13.7%甲醛水溶液

为无色液体；

c、水合草酸为白色

a、苯酚为无色或白色

晶体，有特殊气味，

在空气中因为被氧化

而显红棕色；

c、水合草酸是带有2

个结晶水的白色晶

馏水和0.3g 水合草

酸。

晶体。体，易溶于水。

2、水浴加热并开动搅拌，使溶液混合均匀，升高温度至沸腾，让反应混合物回流1.5h。加热下，晶体溶解，

溶液呈棕黄色，回流

3 0min后，溶液很快

变为咖啡色，并且黏

度增加。

草酸加热很快溶解；

分子量的成倍增大，

使得溶液的黏度迅速

增加；颜色是由于分

子间新化学键的形成

使得物质吸收光的波

长改变，从而使反射

到我们眼里的光颜色

变化。

3、停止反应，拆下反应装置，把产物倒入装有90ml蒸馏水的烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀后，分离去除水层，观察产物的黏性。把带有一定黏性的

流体倒入蒸馏水中，

流体与蒸馏水出现

分层现象，搅拌后静

置，同样分层；去水

层后，流体的黏度增

加。

反应后产物中留有一

定量的苯酚、甲醛、

草酸以及低聚体聚合

物，他们易溶于水，

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。

4、向产物中加入六次亚甲基四胺胶黏剂，充分搅拌，观察产物的黏性变化。流体的颜色有微小

的变化，略显粉红

色；流体的黏度明显

增加。

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；由于分子间

新化学键的形成使得

物质吸收光的波长改

变，从而使反射到我

们眼里的光颜色变

化。

五、实验图片

六、实验思考与讨论分析

（1）苯酚与甲醛摩尔比的影响

答：苯酚与甲醛的摩尔比影响历程反应和分子结构，在酸性催化反应中，当甲醛的摩尔比小于苯酚时，不能形成足够的羟甲基，使缩合反应进行到一定程度便停止。

（2）催化剂的影响

答：催化剂的性质、种类、用量对树脂反应速度、固化速度和产物都有影响。酸性或碱性催化剂都可加快羟甲基化速度。PH值为4时反应速度最慢。随着H+浓度增加亚甲基化速度加快固化速度亦快。苯酚与甲醛无论摩尔比大小在碱性催化剂作用下都能生成热固性酚醛树脂。酸性催化下甲醛被活化亚甲基化反应速度大于羟甲基化反应速度生成线型热塑性酚醛树脂。

（3）应温度和反应时间的影响

答：反应温度和反应时间对酚醛树脂有很大的影响。苯酚与甲醛混合时，化学反应随即开始，但在低温下很慢，而在高温下反应速度加快。酚醛树脂的合成要缓慢地阶级性升温，反应初期升温慢些，当温度升至50~600C时由于反应放热温度会自行上升，升温过快反应激烈，缩聚反应不完全，致使树脂相对分子质量大小相差悬殊，游离酚含量高，树脂质量下降。

反应时间以长些为好生成的树脂相对分子量分布均匀。

（4）投料方式的影响

答：在弱碱的催化下，苯酚与甲醛可一次投料进行缩聚反应形成酚醛树脂；在强碱催化下，甲醛应分两次加料，与苯酚进行缩聚反应形成酚醛树脂。两次投烊可减缓反应放热，易于控制，有利降低游离酚含量，提高树脂质量。

七、注意事项

a、在加原料应该把原料加完后在加热，保证在达到较高温度时，原料有充分的时间充分溶解，并混合搅拌均匀。

b、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。

c、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。

八、思考题

1、环氧树脂能否作为线形酚醛树脂的交联剂，为什么？

答：不能。因为环氧树脂分子结构含有活泼的环氧基团，可以形