Фенолформальдегидная смола - Википедия - Phenol formaldehyde resin
 | |
| Идентификаторы | |
|---|---|
| ChemSpider |
|
| ECHA InfoCard | 100.105.516  |
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Фенолформальдегидные смолы (ПФ) или же фенольные смолы синтетические полимеры, полученные реакцией фенол или замещенный фенол с формальдегид. Используется как основа для Бакелит, ПФ были первыми промышленными синтетическими смолами (пластиками). Они широко используются для производства формованных изделий, в том числе бильярд шары, лабораторные столешницы, а также покрытия и клеи. Когда-то они были основным материалом, используемым для производства печатные платы но были в значительной степени заменены эпоксидные смолы и стекловолокно ткань, как и с огнестойкими FR-4 материалы печатной платы.
Есть два основных метода производства. Фенол и формальдегид напрямую реагируют с образованием термореактивный сетевой полимер, в то время как другой ограничивает формальдегид для производства форполимера, известного как вулкан которые можно формовать, а затем отверждать с добавлением формальдегида и нагревания.[1][2] Существует множество вариантов как производимых, так и исходных материалов, которые используются для производства широкого спектра смол специального назначения.
Формирование и структура
Фенолоформальдегидные смолы, как группа, образуются ступенчатая полимеризация реакция, которая может быть либо кислота - или же основание -катализируется. Поскольку формальдегид существует преимущественно в растворе как динамическое равновесие метиленгликоля. олигомеры, концентрация реактивный форма формальдегида зависит от температуры и pH.
Фенол реагирует с формальдегидом на орто и параграф участки (участки 2, 4 и 6), позволяющие присоединиться к кольцу до 3 единиц формальдегида. Первоначальная реакция во всех случаях включает образование гидроксиметилфенола:
- HOC6ЧАС5 + CH2O → HOC6ЧАС4CH2ОЙ
Гидроксиметильная группа способна реагировать либо с другим свободным орто- или парацентром, либо с другой гидроксиметильной группой. Первая реакция дает метиленовый мостик, а второй образует эфир мост:
- HOC6ЧАС4CH2OH + HOC6ЧАС5 → (HOC6ЧАС4)2CH2 + H2О
- 2 HOC6ЧАС4CH2ОН → (HOC6ЧАС4CH2)2O + H2О
Дифенол (HOC6ЧАС4)2CH2 (иногда называемый «димером») называется бисфенол F, который является важным мономером в производстве эпоксидные смолы. Бисфенол-F может дополнительно связываться с образованием олигомеров три-, тетра- и высших фенолов.
Новолаки
Новолаки (или новолаки) представляют собой фенолформальдегидные смолы с молярным отношением формальдегида к фенолу менее единицы. Вместо самого фенола они часто производятся из крезолов (метилфенолов). Полимеризацию доводят до завершения с использованием кислотного катализа, такого как серная кислота, Щавелевая кислота, соляная кислота и редко, сульфоновый кислоты.[3] Фенольные звенья в основном связаны метиленовыми и / или эфирными группами. Молекулярные массы находятся в нескольких тысячах, что соответствует примерно 10–20 фенольным единицам. Полученный полимер является термопластичным, и для его образования требуется отвердитель или отвердитель. термореактивный.
Гексаметилентетрамин представляет собой отвердитель, добавляемый к сшиванию новолака. При температуре выше 90 ° C образует метиленовый и диметиленовый аминомосты.
Новолаки могут использоваться в качестве шин средство для повышения клейкости, высокотемпературная смола, связующее для огнеупоров на углеродной связке, углеродные тормоза, фоторезисты и как отвердитель для эпоксидные смолы.
Resoles
Фенолформальдегидные смолы, катализируемые основанием, производятся с отношением формальдегида к фенолу больше единицы (обычно около 1,5). Эти смолы называются резолами. Фенол, формальдегид, воду и катализатор смешивают в желаемом количестве, в зависимости от смолы, которую нужно сформировать, и затем нагревают. Первая часть реакции, при температуре около 70 ° C, приводит к образованию густого красновато-коричневого липкого материала, богатого гидроксиметильными и бензиловыми эфирными группами.
Скорость реакции, катализируемой основанием, первоначально увеличивается с увеличением pH, и достигает максимума примерно при pH = 10. Реактивным веществом является анион феноксида (C6ЧАС5О−), образованный депротонированием фенола. Отрицательный заряд делокализованный над ароматическое кольцо, активируя сайты 2, 4 и 6, которые затем вступают в реакцию с формальдегидом.
Существование термореактивные материалы гидроксиметилфенолы будут сшиваться при нагревании примерно до 120 ° C с образованием мостиков метилена и метилового эфира за счет удаления молекул воды. На этом этапе смола представляет собой трехмерную сетку, которая типична для полимеризованных фенольных смол. Высокая степень сшивки придает этому типу фенольной смолы твердость, хорошую термическую стабильность и химическую непроницаемость. Резолы называют «одностадийными» смолами, поскольку они отверждаются без сшивающего агента, в отличие от новолаков, «двухступенчатых» смол.
Резолы - это основные полимерные полимерные материалы, широко используемые для склеивания и склеивания строительных материалов. Внешняя фанера, ориентированно-стружечные плиты (OSB), инженерный клееный композит (LCL) - типичные приложения.
Сшивание и соотношение формальдегид / фенол
Когда молярное соотношение формальдегид: фенол достигает единицы, теоретически каждый фенол связывается вместе метиленовыми мостиками, образуя одну единственную молекулу, и система полностью сшивается. Вот почему новолаки (F: P <1) не затвердевают без добавления сшивающих агентов, а резолы с формулой F: P> 1 будут.
Приложения
Фенольные смолы содержатся во множестве промышленных продуктов. Фенольный ламинаты изготавливаются путем пропитки одного или нескольких слоев основного материала, например бумаги, стекловолокно или хлопок с фенольной смолой и ламинирование насыщенного смолой основного материала под действием тепла и давления. Смола полностью полимеризуется (лечит) во время этого процесса, формируя термореактивная полимерная матрица. Выбор основного материала зависит от предполагаемого применения готового продукта. Бумажные фенольные смолы используются в производстве электрических компонентов, таких как перфорированные панели, в бытовых ламинатах и бумажные композитные панели. Стеклофенольные смолы особенно хорошо подходят для использования в высокоскоростных несущий рынок. Фенольные микрошарики используются для контроля плотности. Связующим веществом обычных (органических) тормозных колодок, тормозных колодок и дисков сцепления является фенольная смола. Бумага на основе синтетической смолы из фенольной смолы и бумаги используется для изготовления столешниц. Еще одно применение фенольных смол - это изготовление дюропласта, используемого в автомобилях Trabant.
Фенольные смолы также используются для изготовления наружной фанеры, широко известной как стойкость к погодным условиям и кипячению (WBP) фанера, потому что фенольные смолы не имеют точки плавления, а имеют только точку разложения в температурной зоне 220 ° C (428 ° F) и выше.
Фенольная смола используется как связующее в громкоговоритель Водитель компоненты подвески, которые сделаны из ткань.
Высший конец бильярдные шары сделаны из фенольных смол, в отличие от полиэфиров, используемых в менее дорогих наборах.
Иногда люди выбирают детали из фенольной смолы, армированные волокном, потому что их коэффициент температурного расширения точно соответствует алюминию, используемому для других частей системы, как в ранних компьютерных системах[4]и Duramold.
Голландский подделыватель картин Хан ван Меегерен смешал фенолформальдегид со своими масляными красками перед запеканием готового холста, чтобы имитировать высыхание краски на протяжении веков.
Торговые наименования
- Бакелит изначально был сделан из фенольной смолы и древесная мука.
- Новотекст это фенол, армированный хлопковыми волокнами, с использованием случайно ориентированных волокон.
- Оазис Цветочная пена - это «фенольная пена с открытыми ячейками, которая легко впитывает воду и используется в качестве основы для цветочных композиций».[5]
- Паксолин бумажный продукт на полимерной связке, долгое время использовавшийся в качестве основного материала для печатные платы, хотя во многих областях он заменяется композитами из стекловолокна.
- Туфнол представляет собой ламинированный пластик, доступный в виде листа и стержней, который сделан из слоев бумаги или ткани, пропитанных фенольной смолой и спрессованных под действием тепла. Его высокая стойкость к маслам и растворителям сделала его пригодным для многих инженерных приложений.[6]
- Эбонол фенольная смола с бумажным наполнителем, предназначенная для замены черное дерево дерево в струнный и деревянный духовой инструменты.
Биоразложение
Фенолформальдегид разлагается грибком белой гнили. Phanerochaete chrysosporium.[7]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ A. Gardziella, L.A. Pilato, A. Knop, Фенольные смолы: химия, применение, стандартизация, безопасность и экология, 2-е издание, Springer, 2000 г.
- ^ Вольфганг Гессе «Фенольные смолы» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. Дои:10.1002 / 14356007.a19_371.
- ^ Ральф Даммель (1993). «Основы химии новолаков». Резисты на основе диазонафтохинона. Int. Soc. Оптическая инженерия. ISBN 9780819410191.
- ^ Дж. Г. Фергюсон, В. Э. Груцнер, Д. К. Келер, Р. С. Скиннер, М. Т. Скубяк и Д. Х. Ветерелл.«Аппаратура и оборудование ESS № 1» Технический журнал Bell System, 1964. стр. 2417.
- ^ "Ресурсный центр Smithers Oasis". Архивировано из оригинал 7 апреля 2008 г.. Получено 21 октября 2010.
- ^ Годвин, Р. (апрель 2015 г.). "Что такое туфнол?". ahistoryoftufnol.org.
- ^ Gusse AC; Miller PD; Volk TJ (июль 2006 г.). «Грибы белой гнили демонстрируют первое биоразложение фенольной смолы». Экологические науки и технологии. 40 (13): 4196–9. Дои:10.1021 / es060408h. PMID 16856735.