Фенолоформальдегидные смолы
Процесс получения фенолоформальдегидных смол - реакция поликонденсации фенола (C6H5OH) с формальдегидом (CH2O) .
x (C6H5OH) + x (CH2O) -> смола + H2O
Фенол (оксибензол) при обычной температуре плохо растворяется в воде, но очень хорошо в щелочах, образуя феноляты. Промышленное получение фенола основано на синтезе его из бензола.
Формальдегид CH2O – газ с резким удушливым запахом, впервые синтезирован русским учёным А. М. Бутлеровым. В отличие от фенола, формальдегид хорошо растворяется в воде, а его 40%-ный водный раствор называется формалином.
Процесс получения фенолоформальдегидных смол можно представить следующей схемой:
Подготовка сырья и загрузка в варочный котёл -> варка смолы -> сушка смолы -> слив смолы
Сырьевые материалы – фенол и формалин, а также небольшое количество катализаторов насосами закачивают в вакуум-варочный котёл, где в результате поликонденсации образуется эмульсия, состоящая из смолы, надсмольной воды и остатков не прореагировавших фенола и формальдегида. Иногда процесс на этой стадии прекращают и полученную эмульсию применяют для изготовления водостойкого клея или для приготовления пресс-порошков. Обычно же процесс заканчивается получением чистой смолы, для чего после разделения эмульсии на два слоя верхний (водный) сливают, а нижний (смоляной) обезвоживают сушкой в том же котле под вакуумом. Смолу сливают из котла на металлические противни, где она отверждается.
В зависимости от соотношения фенола и формальдегида в составе сырьевой смеси и от характера катализатора (кислый или щелочной) получают различные виды фенолоформальдегидных смол. Избыток фенола и конденсация в кислой среде дают термопластичные смолы, с линейным строением молекул. Такие фенолофоральдегидные смолы называют новолачными. При избытке формальдегида и конденсации в щелочной среде (катализатор – аммиак NH3 или едкий натр NaOH) получаются фенолоспирты, переходящие затем в метилольные производные полифенолов, способные при дальнейшей поликонденсации образовывать молекулы с сетчатой (трёхмерной) структурой. Эти смолы называю термореактивными, или резольными.
Поликонденсацию резольных смол подразделяют на три стадии – А, Б, С.
А – первая стадия поликонденсации фенола с формальдегидом – даёт низкомолекулярные фенолоспирты. Смолы, полученные на этом этапе называю резолами. Резолы хорошо растворяются в органических растворителях (спирт, ацетон, бензин и т.д.).
Если процесс поликонденсации продолжается (стадии Б и С), то дальнейшее нагревание резолов приводит к тому, что они становятся неплавкими и нерастворимыми.
Резольную смолу стадии В – резитол, С – резит.
Резитол не плавится при нагреве, в органических растворителях не растворяется, а только набухает.
Резит, при нагреве, не размягчается и не плавится, не растворяется и не набухает в органических растворителях.
Резит конечный продукт процесса отвержения термореактивных фенолоформальдегидных смол.
Фенолоформальдегидные смолы в твёрдом состоянии – хрупкие стеклообразные массы янтарного цвета. Новолачные фенолоформальдегидные смолы в твёрдом состоянии более пластичны с меньшей твёрдостью и теплостойкостью, чем резольные.
Физико-механические свойства термореактивных смол
|
Смола |
Плотность, г/см3 |
Теплостойкость по Мартенсу,°C |
Электрическая прочность , кВ/мм, МВ/м |
Предел прочности, кгс/см2 (МПа), при |
Удельная ударная вязкость кгс·см/см2, Дж/м2 |
Удлинение, % |
|||
|
Растяжении |
сжатии |
изгибе |
|||||||
|
Фенолоформальдегидные резольные |
1,28 |
80―110 |
10―20 |
250―500 (25―50) |
700―1500 (70―150) |
400―1000 |
2―6 |
0,8―1,5 |
|
|
Мочевиноформальдегидные |
1,45 |
70―100 |
12―16 |
120―500 (12―50) |
800―1100 (80―110) |
300―600 (30―60) |
0,6―0,7 |
― |
|
Пластмассы на основе фенолоформальдегидных смол называются фенопластами и подразделяются на литые и прессовочные. Литые фенопласты получают из отверженных и наполненных резитов (карболиты, бакелит и неолейкорит). Прессовочные фенопласты – получают из фенолоформальдегидных смол с наполнителями, прессованием.
Фенолоформальдегидные смолы широко применяют для производства пластмасс, синтетических клеёв и лаков.
Карбамидоформальдегидные (мочевиноформальдегидные) смолы
Мочевиноформальдегидная смола – получают поликонденсацией мочевины и формальдегида. Мочевина (карбамид) CO(NH2)2– органическое соединение, полный амид угольной кислоты, кристаллическое вещество, растворимое в воде.
Поликонденсация мочевины и формальдегида протекает в три стадии – А, В и С – аналогично соответствующим процессам в резольных фенолоформальдегидных смолах. На первой стадии процесса поликонденсации образуется диметилолмочевина - CO(NHCH2OH)2 – бесцветная водорастворимая жидкость.
Во второй стадии В – вследствие дальнейшей поликонденсации смола теряет способность растворяться в воде. На стадиях поликонденсации А и В образуются смолы с линейным строением молекул. На этих стадиях и прерывается процесс получения мочевиноформальдегидных смол.
При дальнейшем нагревании смол проходит третья стадия поликонденсации – С, макромолекулы смолы приобретают сетчатые пространственные структуры и смола переходит в неплавкое, нерастворимое состояние подобно термореактивным фенолоформальдегидным смолам. Этот третий этап поликонденсации мочевиноформальдегидных смол обычно совмещается с процессом изготовления их них изделий, например, путём горячего прессования.
При получении мочевиноформальдегидных смол поликонденсацию проводят в щелочной среде, в условиях в которых образуется смола с высокими механическими свойствами.
Преимущества мочевиноформальдегидных смол – отсутствие запаха и цвета, светостойкость, способность окрашиваться в различные цвета при введении в их состав красителей. Стоимость их ниже стоимости фенолоформальдегидных смол, однако, в сравнении с последними, они мене водостойки, имеют меньшую химическую стойкость и повышенную хрупкость. Свойства этих смол приведены в таблице.
Подробнее...