Феноформальдегидная смола (ФФ) — это разнообразная группа синтетических смол, получаемых реакцией фенольных соединений и альдегидов. Эти смолы были впервые описаны в 1870-х годах, когда Байер осуществил первый синтез. Позднее, в 1909 году, благодаря постоянным исследованиям, американский учёный Л. Х. Бакеланд создал полезную систему фенольных смол. Затем он основал компанию Bakelite Company, которая начала промышленное производство фенольных смол. В настоящее время эти смолы широко используются в формовочных компаундах, средствах для укладки волос, изоляционных материалах, покрытиях, герметизирующих и огнеупорных материалах.
1. Синтез фенольных смол
Фенольные смолы производятся из разнообразного сырья, что приводит к различным типам и свойствам. Фенолформальдегидная смола – наиболее используемая промышленная смола. Она производится из фенола и формальдегида в двухстадийном процессе, включающем присоединение и поликонденсацию. В зависимости от конкретных требований к материалу, ход реакции и скорость присоединения и поликонденсации можно контролировать, варьируя условия синтеза фенольных смол, что позволяет получать смолы с различной молекулярной структурой, вязкостью, содержанием твердых веществ и остаточным содержанием углерода.
2. Классификация фенольных смол
Молекулярную структуру фенольных смол можно изменять, регулируя параметры синтеза. Эти параметры влияют на реакции присоединения и поликонденсации. В зависимости от молекулярной структуры фенольные смолы можно разделить на термопластичные и термореактивные.
2.1 Термопластичная фенольная смола (новолак)
Термопластичная фенольная смола (например, Фенольная смола 2402) представляют собой линейные фенольные смолы, характеризующиеся линейной молекулярной структурой. Их в основном получают путем реакции избытка фенола (P) с формальдегидом (F) в кислых условиях.
Термопластичные фенольные смолы получаются в результате двухстадийной реакции: сначала реакции присоединения, затем реакции поликонденсации. Поскольку реакция протекает в кислой среде, присоединение в основном приводит к образованию монометилольных групп в орто- и пара-положениях бензольного кольца (см. рисунок 2). Вторая стадия, поликонденсация, в основном включает дегидратацию полученного монометилолфенола с помощью фенольного мономера. Кроме того, в кислых условиях скорость реакции поликонденсации значительно выше, чем скорость реакции присоединения. Более того, фенола в реакционной системе больше, чем формальдегида. Это приводит к тому, что гидроксиметильные группы, образующиеся в процессе присоединения, быстро реагируют с избытком фенола в системе с образованием линейных макромолекул, что приводит к отсутствию активных гидроксиметильных функциональных групп в молекулах продукта реакции. Структурная формула представлена на рисунке 4.
2.2 Термореактивная фенольная смола (резоль)
Термореактивная фенольная смола (например, Фенольная смола для электронных материалов) представляет собой относительно реакционноспособный промежуточный продукт, синтезируемый путем взаимодействия в течение определенного периода времени под действием щелочного катализатора и тепла при молярном соотношении формальдегида к фенолу больше 1. Поэтому, если процесс синтеза не контролируется, он может легко бурно реагировать, приводя к гелеобразованию и даже реакциям сшивания, в конечном итоге образуя нерастворимые и неплавкие макромолекулы.
Процесс синтеза термореактивной фенольной смолы также делится на два этапа. Начальный этап включает реакцию присоединения, в ходе которой на бензольном кольце, в частности, в орто- и пара-положениях, образуются гидроксиметильные группы, что приводит к образованию монометилолфенола. Поскольку реакционная активность активных атомов водорода в орто- и пара-положениях бензольного кольца значительно выше, чем у гидроксильной группы на гидроксиметильной группе в щелочных условиях, образующаяся гидроксиметильная группа нелегко поликонденсируется. Активные атомы водорода на бензольном кольце могут реагировать с большим количеством гидроксиметильных групп, что приводит к образованию диметилола и триметилолфенола. На рисунке 5 показана эта реакция присоединения. Затем происходит реакция поликонденсации, в ходе которой полиметилольные группы реагируют с активными атомами водорода на фенольном мономере. Это создает метиновый мостик, или гидроксиметильные группы дегидратируются с образованием простой эфирной связи. По мере продолжения этой поликонденсации образуется разветвленная резольная фенольная смола.
Механизм отверждения термореактивных фенольных смол весьма сложен. В настоящее время наиболее распространенная теория основана на наличии активных гидроксиметильных групп в молекулярной структуре термореактивных фенольных смол. При нагревании эти гидроксиметильные группы реагируют двумя способами: с активными атомами водорода бензольного кольца с образованием метиленовых связей или с другими гидроксиметильными группами с образованием простых эфирных связей.
3. Механизм связывания фенольных смол как связующих веществ
Существуют четыре основные концепции, объясняющие, как полимерные клеи склеивают компоненты: механическое сцепление, диффузия, электронное притяжение и адсорбция. Для систем на основе фенольных смол ключевым является механическое сцепление.
Процесс склеивания фенольных смол происходит в два этапа. Сначала смола проникает во все мелкие отверстия и неровности на поверхности склеиваемого материала. Для этого смола должна хорошо смачивать поверхность. Затем фенольная смола затвердевает. В ходе этого процесса молекулы объединяются, образуя сеть. Это позволяет молекулам смолы застревать в отверстиях и неровностях, создавая прочное сцепление, которое надежно удерживает смолу и поверхность.
Веб-сайт: www.elephchem.com
Вотсап: (+)86 13851435272
Электронная почта: admin@elephchem.com
Поддерживается сеть IPv6
