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有良好的耐热、耐介质等性能,但固化后胶层是脆性的。需加温加压固化,常用其他高分子化合物来改善性能,方可扩大应用。未改性的酚醛树脂胶粘剂主要用于粘接木材、泡沫塑料和其他多孔性材料,也可用于制造胶合板。
由苯酚与甲醛以摩尔比1:(1-3),在碱性催化剂存在下进行加成反应,生成含羟甲基苯酚的低聚物,常配成固含量50%-60%的乙醇溶液供使用。储藏中,胶粘剂的pH会下降,由12-13降至11-9.5,会造成储藏不稳定性,可加入二氧化锰来提高储藏稳定性。固化有酸固化和加热固化两种方法。加热固化型是将胶液涂布于被粘材料,待溶剂挥发后粘合,在130-150-2加热固化0.5-1h即成;用于金属、砂布等粘接。酸固化型是在胶液100份中加入对甲苯磺酸(或石油磺酸、苯磺酰氯)5-10份,混合均匀后,室温可固化。用于木材的粘接。
可采用苯酚/甲醛摩尔比1:(0.6-1),在酸性催化剂存在下缩聚生成可溶可熔性酚醛树脂。粘接时加入约10%六次甲基四胺,在160℃固化交联成不溶不熔的胶层。该胶用于木材、层压材料、制动闸瓦、砂轮、灯泡灯头、硬质纤维板及固体电阻等粘接,还可以用作丁腈橡胶的交联剂。
水性酚醛树脂的应用举例如下(关于它们用作其他胶粘剂的增粘剂或交联剂,可参见有关章节)。
(1)砂布等磨料膜具胶粘剂砂布等用的酚醛树脂胶粘剂主要是液体型的一步甲阶酚醛树脂。这些树脂可根据它们的甲醛/苯酚摩尔比分成三类。
①它们具有高甲醛/苯酚摩尔比,由高水溶性树脂组成,而且是快干性的,因此可在相对低的温度(93-108℃)下固化。其产品的pH为8或更高,粘度范围500-18000mPa·s,固含量50%-75%。这类树脂既可用作膜料膜具的胶衣,又可用作面部上浆。可以用水稀释法或同这类树脂中不同粘度的树脂共混而调节粘度。低粘度、低固含量树脂用作面部上浆。如果制造者的最高固化温度限
制在108℃,可以采用这类树脂的共混物。
②它们具有低甲醛/苯酚摩尔比。这类树脂同水的混溶性很低,因此要求采用比①类更高的固化温度。其产品pH约为8,固含量75%-87%。它们的固化比①类慢。
③它们具有中等甲醛/苯酚摩尔比。这类树脂同水的混溶性也较低,采用比②类还要高的固化温度。其产品pH约为6-8,固含量75%-87%。
(2)铸造型芯砂用水基酚醛胶粘剂可以采用的典型水基酚醛树脂为75%固含量的线性酚醛树脂。当采用比其固体片状树脂较低的砂温时(约80℃),可得到最佳结果。这类树脂较低的初始熔体粘度导致它们对砂粒有极佳的润湿性和树脂分布。因为它们是溶液型树脂,所以在铸造时,必须添加"六次"和润滑剂。在初期加热研磨搅合期间,加入一半的润滑剂,再在涂胶砂堆溃散后加入另一半,可以取得最佳结果。硬脂酸钙或AcrawaxC可以使用。
(3)纤维粘接它们也可以采用液体甲阶酚醛树脂进行粘接,所用水溶性树脂固含量范围40%-70%,pH范围7-7.5。这类树脂要在冷冻下贮存或装运,并且要马上使用。采用的液体树脂包括含可溶性盐的树脂与脱除了不溶性盐的树脂,由于成本较低,前一种树脂常优先采用。此外,上述水性酚醛树脂分散液也可用于纤维类材料的粘接。
水溶性甲阶酚醛树脂的制备:
一般甲阶酚醛树脂是否有水溶性或混溶性的关键是控制其加热反应的程度。在醛过量与碱性催化剂存在下,最初生成的产物主要是苯酚中两个邻位和一个对位上的氢部分或全部被羟甲基取代。在进一步加热下,可能发生两类缩合脱水反应导致分子量增大:一类为2个羟甲基之间缩合形成醚链节(-CH2-O-CH2),另一类为一个羟甲基同一个邻位或对位活泼氢原子之间反应产生次甲基链节。
在加热反应程度不大时,产物含有比例较多的亲水基团(如羟甲基等),是低粘度的水溶性液体;进一步反应脱水,在分子量增大的同时,亲水基团减少,就逐步变成同水混溶性很小或不混溶的高粘度液体,其后变成可粉碎的固体。
一般甲阶酚醛树脂的制备工艺是把氢氧化钠催化剂加入到苯酚和甲醛中,然后逐步加热到80-100℃。用真空控制反应温度在100℃以下,反应时间一般为1-3h。因为甲阶树脂进一步加热反应会凝胶,故脱水温度用真空控制在105℃以下。通常在150℃热板上测试凝胶时间,以监测反应程度并决定是否结束反应和出料。
低分子量水溶性树脂应在尽可能低的温度下完成生产反应,通常在50℃左右(反应活性较低的对位取代型甲阶树脂可以在高达120℃的温度下完成反应)。这类水溶性树脂固含量范围40%-70%,pH范围7-7.5。其树脂分子量稍微增大(这在室温下也很难避免),对水溶性或混溶性都会产生重大影响。因此这类树脂常按订货单制造,并在冷冻下贮存或装运,并且要马上使用。液体甲阶酚醛树脂有两类:
①含树脂的可溶性盐;
②为用过滤脱除了不溶性盐的树脂。这些盐是在综合碱性催化时形成的。在前一种类型中不必脱除其可溶性盐,因此成本较低。
采用对叔丁基苯酚制备甲阶树脂时,一般在制造期间要经过洗涤脱盐。在最初的碱性反应阶段后,在脱水之前,反应物料用一种芳香溶剂稀释,经中和形成一种水溶性盐。当停止搅拌时,水层(含有大多数盐)沉降到底部,接着进行溶液分离。再加入更多的水进行反复多次的洗涤。其后将树脂在真空下脱除溶剂,在冷却前形成所希望的分子量。
在有些应用中,需要使液体水溶性甲阶树脂保持与水的高混溶性。例如当其用作绝热粘结剂时,它们要用相当多的水稀释后喷洒到玻璃和石棉纤维上。因此这类树脂也要求在冷冻下贮存和装运。
固态甲阶树脂较稳定,只在热天才需冷冻。从对位取代酚类(如丁基苯酚)所制得的甲阶树脂可稳定1年以上。
水溶性酚醛树脂一般可以用粘度、相对密度、固含量和水溶性来表征。典型树脂的性能为:粘度100mPa·s(251℃,固含量60%,水溶性最低2500%。固含量的测定方法是,称取1-2g样品,经过135℃干燥3h后再称重,然后比较质量差。其他值得关注的性质还有pH(7-7.5),折射率-它可作为树脂制造期间固含量的快速检测指标,以及灰分。如果树脂已被中和成不溶性盐后过滤,灰分在1%以下;如果树脂被中和成可溶性盐,灰分约为3%。一步甲阶树脂的相对分子质量范围通常为150(可用水稀释的液体树脂)-1000或更高(可粉碎的固体树脂)。
通过测定凝胶的融化温度(T),研究了甲阶酚醛树脂(PF)-硼砂(SB)水凝胶的热可逆性,还研究了PF树脂、SB和KOH浓度对T的影响。结果表明:体系的温度升高和降低时,凝胶可发生热可逆溶胶-凝胶相互转变;T与PF、SB及KOH浓度有关,PF浓度增大,T逐渐升高,KOH浓度增大,T逐渐降低,SB浓度增大时T先增大后减小,c(SB)为0.225moL/L时T出现极大值。根据:Eldridge-Ferry理论,利用c(SB)与T之间关系,计算结果表明,凝胶的融化焓变△H为-45.81kJ/mol。
酚醛树脂是苯酚或取代苯酚同甲醛的反应产物。改变酚和醛的种类,酚/酲摩尔比,催化剂的种类和用量,或者反应时间与温度,其反应生成物均会不同。
酚醛树脂价格一般是20--60元一方,酚醛树脂也叫电木,又称电木粉。原为无色或黄褐色透明物,市场销售往往加着色剂而呈红、黄、黑、绿、棕、蓝等颜色,有颗粒、粉末状。耐弱酸和弱碱,遇强酸发生分解,遇强碱发...
呋喃树脂 和酚醛树脂不同。我之前在珠海福联的实验室实习过,了解一些。常温自硬树脂,有 自硬呋喃树脂(磺酸固化),碱性酚醛树脂 (酯固化和CO2 固化),冷芯盒树脂(三乙胺固化和 SO2 固化)。 冷...
木质素糠醛改性甲阶酚醛树脂的合成
采用木质素和糠醛改性普通甲阶酚醛树脂。运用正交实验法得到木质素糠醛改性甲阶酚醛树脂的最佳反应条件,通过IR,DSC,TG分析和压缩性能测试对产物的热性能和力学性能进行了研究。结果表明,在苯酚100g,木质素40g,甲醛116.54g,糠醛34.28g,反应温度85℃,反应时间3h,体系pH值9的条件下得到的改性甲阶酚醛树脂固含量70%~80%,黏度850~1000mPa.s(25℃),热分解温度为258℃,与普通甲阶酚醛树脂(263℃)相比,耐热性稍差。所制备的改性酚醛塑料的压缩强度为1.07MPa,比普通酚醛塑料(0.73MPa)高,木质素和糠醛的引入提高了泡沫塑料的韧性。
甲阶酚醛树脂泡沫保温板
传统的保温材料或多或少地都有一些缺陷,如有些类型的保温材料的耐热强度非常好,但耐压强度则较差;而另一些保温材料耐压强度虽好,耐火性却差。法国 Maniville 公司发明的一种新型甲阶酚醛树脂泡沫保温板则成功地克服了上述保温材料的不足。
许多无机碱、有机碱都可作催化剂。常用的无机碱有NaOH、KOH、Ba(OH)2、Ca(OH)2、NH3·H2O等。也有用有机碱,如乙胺。碱的强弱和参与反应的甲醛量的多少对产物的结构有很大影响。强碱如。NaOH、KOH存在时,即使在醛量不足的情况下,也能促使有更多的二羟甲基酚和三羟甲基酚生成。
在热固性的酚醛树脂形成过程中,随着反应程度不同,可将热固性酚醛树脂分为甲、乙、丙三个阶段。
甲阶酚醛树脂为直链[I]与支链型[Ⅱ]混合物,分子量为800~1000之间。一般制成含水的液体或固体,能溶于乙醇、丙酮及碱的水溶液中。由于甲醛是过量的,分子中含有大量羟甲基和余下的酚核活性反应点,它们可以进一步相互缩聚生成乙阶和丙阶树脂。
乙阶和丙阶树脂均为含有凝胶的树脂,乙阶含量不多,构成凝胶的交联链是借亚甲基桥将位于不同分子链的酚环联结而成。乙阶树脂加热可软化,在110~125℃时,树脂像弹性的高分子一样,可拉成长丝,但冷却后变成脆性的物质,仅能部分地溶解在丙酮及醇类溶剂中,其余的树脂溶胀。
将乙阶树脂进一步加热则变为不熔不溶的丙阶树脂。由于固化方法不同,丙阶树脂可以是透明或不透明产物。它具有一定的机械强度和绝缘性,不溶于有机溶剂,对酸性溶液稳定,但对碱性溶液不很稳定;具有一定的耐热性,但若加热温度高于280℃,树脂开始分解。
苯酚的对位比邻位具有更高的反应活性,故在热固性甲阶酚醛树脂中余下的反应活性点多为活性较差的邻位。如果能使酚醛树脂留下较多的对位,就能提高固化速度。而金属离子就能够通过定位效应提高邻位酚羟基比例。
高邻位酚醛树脂形成机理,主要是通过金属离子的催化作用,苯酚与甲醛形成“螯合型络合物”,络合物越稳定,酚与醛的进一步反应越难,树脂的生成也就越困难。Pizzi[3]分离并鉴定了铬-间苯二酚-甲醛和铬-苯酚-甲醛络合物,明确指出二价金属离子可促进树脂生成,而三价金属对此反应有阻聚或延缓作用。一般来说,使用的催化剂是二价金属离子,最有效的是锰、铬、锌和钴,其次是镁和铅,过渡金属如铜、锰等的氢氧化物也有效[7]。同族金属阳离子的水合半径越大,邻位定位效果也越高;二价阳离子的邻位定位效果高于一价。比良野的研究也支持了上述观点[8]。
Pizzi[9]对金属离子作催化剂进行了详细的研究。金属离子之所以能提高酚醛树脂固化速度,一方面在于通过定位效应提高邻位酚羟基比例。用金属离子作催化剂邻位-对位连接和邻位-邻位连接的比例大约为1∶2,而用普通碱性催化剂2者比例约为1∶1.07;另一方面还由于金属离子催化作用仍然存在,固化时金属离子在树脂中仍然能够自由行动,促进固化。促进固化的效果与存在的金属离子的数量成正比。
就是将2种或多种催化剂复合用于酚醛树脂的合成,这样能够使不同催化剂扬长避短。赵临五[10]等用复合催化剂和先进缩聚工艺制得的快速固化酚醛树脂胶粘剂具有低毒和快速固化的特点。时君友[11]等采用复合型催化剂(二价金属离子与一价金属离子的碱)、苯酚与甲醛物质的量比为1∶(2.1~2.3)及特殊的合成工艺制得的快速固化酚醛树脂胶,毒性低,固化快,在较低的热压温度下仍然具有较好的胶合强度。杨光[12]选用氢氧化钡和某种叔胺类催化剂共同作用,在适宜的反应条件下,制备出了游离酚含量较少,水溶性较好的酚醛树脂。
作为木材胶粘剂的酚醛树脂,羟甲基的含量与固化速度有很大关系。一般而言,羟甲基的含量越高,固化就越快。而控制催化剂就可以控制羟甲基含量[13]。伏传龙[14]等人做了几种常见催化剂对酚醛树脂的羟甲基含量影响的分析,发现甲醛的转化率与羟甲基含量不成正比,催化剂的加入量与羟甲基含量的关系呈抛物线状,在某一加入量时出现最大值。2提高酚醛树脂固化速度的措施2100433B
乙阶酚醛树脂 亦称可凝 酚醛树脂。是指一步法酚醛树脂固化过程中处f一中间阶段的 酚醛树脂。此阶段的树脂,不溶于碱性水溶液,但能在丙酮或 乙醇中部分溶解。同醇、丙l}la接触时,能溶胀、但不溶解,加热 时软化。是热固性树脂固化过程的中间阶段。尚未固化的预 浸料或预混料中所含的树脂即是乙阶段的树脂.加热时能进 一步缩聚,形成不熔不溶的丙阶酚醛树脂。