热固性酚醛树脂

  一、合成原理
  在NH4OH、NaOH或NaCO3等碱性物质的催化下,过量的甲醛与苯酚(其摩尔比大于1)反应生成热固性酚醛树脂。其反应过程如下:在碱性催化剂存在下使反应介质PH大于7,苯酚和甲醛先发生加成反应生成一羟甲基苯酚:

  室温下,在碱性介质中的酚醇是稳定的,一羟甲基苯酚中的羟甲基与苯酚上的氢的反应速度比甲醛与苯酚的邻位和对位上的氢的反应速度小,因此一羟甲基苯酚不容易进一步缩聚,只能生成二羟甲基苯酚和三羟甲基苯酚:


  当以上反应生成的羟甲基苯酚受热后,又可发生羟甲基苯酚上的羟甲基与苯酚上的氢的缩合反应生成次甲基桥,或发生羟甲基与羟甲基之间的缩合反应形成醚键连接:

  以上产物继续受热会进一步缩合。
  如果反应更深入,则会发生交联,终形成体型结构的大分子,这在树脂生产阶段是应当避免的。
所以应严格控制得到具有类似下列结构的产物:

  其中n=4―10,m=2――5。
  这是含有羟甲基的线型或支链型酚醛树脂,由于分子中含有羟甲基,它们在受热情况下会进一步相互缩合形成高度交联的体型结构产物,因此,这些含有羟甲基的酚醛树脂是热固性树脂。
  制作化工防腐设备的酚醛玻璃钢就采用这类热固性酚醛树脂作粘结剂的。
  二、热固性酚醛树脂的性能
  热固性酚醛树脂具有良好的综合性能,用途广泛,在防腐工程中以涂料、胶泥、塑料和玻璃钢等多种形式应用。
常用树脂的牌号、外观和原料配比见下表。


  除了以上产品之外,近年来已成功地制成低压级酚醛树脂,这种树脂粘度小,凝胶时间短,经过一定条件的预浸渍处理后在固化过程中反应放出的小分子副产物少,因此可以大大降低成型压力。
  (一)良好的工艺性能
  根据需要可以制成具有各种不同粘度的酚醛树脂以适应各种不同的应用场合,一般分为高粘度、中粘度和低粘度三种。高粘度树脂适用于制备挤压石墨制品,其中较低粘度的树脂适用于制造石棉酚醛塑料和酚醛清漆。中粘度树脂适用于制作酚醛胶泥和酚醛玻璃钢。低粘度树脂适用于浸渍石墨,也可以用来制作玻璃钢。
  在热固性酚醛树脂中,由于其大分子中存在的羟甲基的缩合作用而使树脂的粘度增长较快,终形成体型结构产物。在热固性酚醛树脂中加入苯甲醇可以相对地减少树脂分子中羟甲基的缩合反应;从而延长树脂的贮存期,一般苯甲醇的用量为树脂量的10%。
  (二)良好的耐蚀性能
  固化后的酚醛树脂的结构主要是苯酚基通过次甲基桥连接的网状结构,是一种较为稳定的化学结构。然而,由于结构中存在大量苯环,在苯环上能发生硝化反应和磺化反应,因此它不能耐浓硫酸和硝酸等强氧化性介质。除强氧化性酸之外,酚醛树脂几乎能耐一切酸,如任何浓度的盐酸、稀硫酸、大部分的有机酸以及酸性气体和PH<7,的酸性盐溶液等。
  酚醛树脂的耐碱性差,即使在室温,稀碱就能将它破坏。这是因为酚醛树脂的结构中含有许多酚基,这些苯环上的羟基具有弱酸性,羟基上的氢能被钠所取代生成水溶性的酚钠产物:



  为提高酚醛树脂的耐碱性,可使二氯丙醇与酚醛树脂进行醚化反应,消耗一部分羟基:

  据报导,用20%的二氯丙醇醚化后的酚醛树脂固化后可在100℃下耐浓度为30%的NaOH水溶液。此外,在酚醛树脂中添加环氧树脂改性,也可提高其耐碱性,同时还可提高它的粘结性和降低收缩率。
  (三)其它性能
  固化后的酚醛树脂一般可在120℃下长期使用,具有良好的耐热性能。其耐热性优于环氧树脂和不饱和聚酯树脂。
酚醛树脂的某些性能很不理想,例如:树脂固化时的体积收缩率较大,树脂与玻璃纤维的粘结性较差,固化后产物较脆,延伸率低等。
  这些问题可以通过一系列的改性措施来解决。