酚醛树脂的合成反应方法.docx
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酚醛树脂的合成反应方法
酚醛树脂的合成反应方法
酚醛树脂的合成反应分为两步,首先是苯酚与甲醛发生加成反应,生成羟甲基苯酚,其次睡甲基苯酚间发生缩聚反应。
(D加成反应
在适当的条件下,一元羟甲基苯酚与甲醛继续反应,生成二元乃至三元羟甲基苯酚;
0H
HOCH:
q^VCH3OH
CH^Oll
(2)缩聚反应
羟甲基苯酚与苯酚,羟甲基苯酚之间发生缩聚反应,生成各种二聚体■如图
1.4所示
Hr 随着堀聚反向本断豹避行,形成『一定分于量的酎酶何||土影响酚酵树脂的合成、结构天牡性的主要因曩有原料紧化学结构、酚与醛的摩象比、反应介刷的酸祗性和合成工艺方法等I别, L3.2热塑性酚醇榭脂的合成 在酸性的催化剂条件下.甲醛与关酚的摩永比VI的惜只下割备的酚醛树法为热塑性盼醒树鹿,称为NnMm树脂=在强毂介质 C电。 +H1O—HOCHtOH世+CH20H#地。 U; 发生在时位的反应<1)反应速率比较慢,发生在邻位的反应 (2)反应比较快,因此反应m是缺定Novol*枇脂的反应速率,碇旗离于与羊阳反网,生成H*向二酚草甲烷" L33热固性酚酸树鹰的合成 以碱为催化剂,甲醛与苯酚的摩尔比>1的情况下’制备的酚酷树脂为热固性酚酸例脂.称为Res。 】。 树脂,在PHA7时.甲隧在水溶液中存在中二醇的平衡反应: 5+厂 CII? =O十! I2O—HOCH^OH 苯酚在成性条件下则形成S离子的形式: 茉酚负奇于具有较强的荣核性质,与甲酹起加成反应: 可羟甲基苯酚可道过下列历程形成; 3G CH厂。 H^OH. H2OII 上述的形成~元羟甲基苯酎,不断与甲蜂继续反应形成二元甚至三元的羟甲基苯粉,羟甲基苯酚与苯酚,羟甲基若酚直接不断地进行缗聚反应,最终形成热固性畛醛树脂■ 1.4观鼬的固化"可 14J固化的含义 固化是低分子物质转变成不溶不念的岛分子网状结构的化学过程.表现出藤胶化和完全固化的两个阶段,无论是Novolac和Rcwk的甲阡酚醛树脂,都是由低分子量的低聚物却各科羟甲基茬酚蛆成的混合物体系,尽管在结构上存在看差异.但是存物理性质卜它们均表现出可溶可垸的,性麻但是酚醪植脂具有形成交取的网状坨构的高分了网络酯化才具芍优良的物理化学性能。 —旦酎酵树脂交联固化后,就失去了可浴、可焰的特性,不在具有可加工件C 可羟甲基苯酚可道过下列历程形成; 3G CH厂。 H^OH. H2OII 上述的形成~元羟甲基苯酎,不断与甲蜂继续反应形成二元甚至三元的羟甲基苯粉,羟甲基苯酚与苯酚,羟甲基若酚直接不断地进行缗聚反应,最终形成热固性畛醛树脂■ 1.4观鼬的固化"可 14J固化的含义 固化是低分子物质转变成不溶不念的岛分子网状结构的化学过程.表现出藤胶化和完全固化的两个阶段,无论是Novolac和Rcwk的甲阡酚醛树脂,都是由低分子量的低聚物却各科羟甲基茬酚蛆成的混合物体系,尽管在结构上存在看差异.但是存物理性质卜它们均表现出可溶可垸的,性麻但是酚醪植脂具有形成交取的网状坨构的高分了网络酯化才具芍优良的物理化学性能。 —旦酎酵树脂交联固化后,就失去了可浴、可焰的特性,不在具有可加工件C 酚醛树席的固化反应过程本质上是一种不可逆的化学反应过程•在反应过程中伴有热效应'并产生水、甲醯等低分于物质。 固化反域受树帽E1化配的结构因素(组成、分子量、官能度等),固化剂,树脂的PH值我响显著.反应速率毋温度、压力甥响显著U IA2热建性酚亶树脂的固化 虱塑性酚酵枪脂络构中不存在羟甲基,因此自身不能发生交联固化反应,需要外如固化剂讲行空联痢化.形成立体网决姑构.常用的固化荆有大亚甲基四脸(乌洛节痴),多菊甲醍,环较树脂等. 六亚甲基四胺(HMTA)是热塑性酚醛树脂最广泛采用的固化剂,它是氨与甲醛的加成物,X结构式如图L4所示. CD 图L4六亚审基四胺分子依构式 采用六亚甲卷四胺固化Novolac型酣酵树脂的化反应历程尚不清楚,可以初步认为六亚甲基四胺中任何个狼原子上连接的三个化学可以依次打开与三个NovoiacW脂分子,的活性反应点反应,形成交联网状结构,如图L5所不』 3个Novolac 用脂+(CH? )N4 H7 图】.5六亚甲基四胺固化Novg型酚醛树脂困化反应式口㈤ 上述交联结构是一种过渡状态,在进-少的加热固化过程中.缱续分解.有 NHi放出,仅有少量的沮保甜在立体网状的树唐结构中。 交联过程中可能有多种邻时位的中间结柄,如图L6所示。 邻位中间体: 对位中间体: 图L6Novolac树脂交暇过程中的各种站构中间体 踪上所漆.采用六亚匡暴向推作为固化剂.NgE如树.脂交联过程可分为两个阶段: 凝般化阶段和交联固化阶段,最终彩成不悟不溶的立体网状绻构,全过程的结构奕化如图1.7所示, 爵胶化阶段: 交联固化阶段、 OH OHOHOH ffll.7六亚甲基四胺固化Novolac树脂交联过程示意图 143热固性曜树脂的固化 热固性酚醛树脂(RcsolD在A阶段主要是元言二元、三元的羟甲基苯酚以及二聚伸等低聚物.这些活性中间体'在适当的条件下会继续进行反应,交联固化’形成立体网状fr]雄构大分子=热固性酚醒树脂的固化机理十分复杂,至今仍不完全清楚,但是研充工作者普遍认为主要是羟甲基苯酚之间不断发1生下列的两种反应(如图1.8所示'使wsom树脂交联固化。 (I) CH^OH 图】,8R®。 ]虹树脂羟甲基暮酚的反应类坐 上述两种反应在酸或破的作用下,院核间形成亚甲基铤和醺地,它们是 ResoleWS固化反应时形成最稳定即最重要的亿学锤,在固化过程中,酩擦既可以易固化的最终结构也听以是过渡姑构#当温度超过1&TC时,酷谜易脱去甲酵变成亚甲基镶; >1601 ■ 0H 十5IR 14.4脸建树脂的固化体系 酚婺树脂的固化体系包括固化剂和固化促进剂,固化剂是指不仅能够促进酚醛叫脂从较低分子虽线型姑何转支成交联网状的高分了结构,而旦是丝成用醪树魅固化增构的•部分*而固化促进刷仅仅能够促进酚整树脂形成拔交联网状结肉’木身不参与迥成酚醛树布固化桔构.常见的酚醒树脂匿化体系有环免树脂、导翻嶙酯枕脂、有机酯、COa^S.酚和醍制促讲等固沈体系. (1)环氧柄脂固化体系 环氧树脂固亿体系包括环氧化合物和低分子靖的斥氧槌脂.环氧耗脂固化体系中的环氧基团和酎轻基股生开环反应,停盼醵树肩充联固化.其交联反应如图1.9所示星 I)羟基的缝技开环反阳 2)怀氧基UI在胺类固化旭的作月下的开环反应 图1.9环氧化合物固化Novolac树脂交联固化反应限 (2)异统酸酩树脂固化体系 异鼠酸酯树脂固化体系包括低分子最聚异机酸酷丽窟和多元异机酸酯化合物*因为异氤酸根非常活泼,容易与含有活发氢的化合物发生反应,因此非常容易与酚醛树脂中的酚羟基和轻甲基发生反应,反应式如图1.10所示. OilOH ****1^^CH2OH+—******«^^|]—CHi—C-b—R— 图J.10异氟酿能何脂楂化酚酷树脂反应(幔 <3>有机能固化体系 20世纪60年代初期,人们发现有机酝可以促进水溶忏的减性甲玳酚酹树脂变联固化【3叫275年.Nak^awaT等人用曜性用阶酚醵树脂木蒂液制作出了一种铸造粘结剂,并攻羯了门本专利WL而有机防固化酚醛粘结剂可应用广热件生产的是19跑年由英fflBorclen公司首先开发出的+1984年在美国技得专利仲该咕结系统利用甲阶酚酸树指水溶液为粘结剂,利用仃机酯作为固化剂,通过有机酣对甲阶酚酪树脂中轻基交联反应的催化作用便粘堵剂固化•该胶粘剂具有许多沆良的技术性能叫尤其是具有热塑也和二次热回化性*因此,用酷固亿崂醛树脂胶粘剂制成的砂芯,在浇注和冷却过程中,具有良好的高温退让性和较小的爆热膨胀量.可以大大减少儒件的毛翅、热裂等缺陷,提商产品质量,目街,酯固化酚酷树脂胶粘剂使用的固化促进剂是以酷酸甘油酯为主的酩类*国化剂中酯的纽成和含量时型砂的硬化速度,粘接搔度和胶粘制的二次麹固化性能有重要的影响⑷刊O (4)CO: 促;固化体系 COw促凝固化体系是英国Foseco公司在1989年首先推出的一种用于铸造冷芯盒用碱性甲阶酚莅树脂的固化体系,由硼酸扎和COJA成,其中硼酸祢为交联固化剂,CO: 固化促进剂B在强碱性的酚醛树脂中(PH值高达14),硼酸盐可以在酚醛树脂中游离稳定存在,通入CQH体,与酚醮树脂中的诚反应,使体系的PH值降低,当体系中有效械含量降低到一定程度时,树脂中的酚羟基负离于就转变成酚羟基,促进了酚醛树脂分子和珊酸根离子的聚拢,因为硼酸根离子与酚醛树脂分子易发生络合反应「从而发生交联固化反应°交联固化机理如图1.1】所示・ 图1.】1硼酸盐交联固优酚醛材脂机理 由固化机理可知'交联反应是由硼酸根与酚醒树脂中的酚羟基即邻位羟甲基发生配位反应形成的配位化合物而引起的。 侧酸根离子在两个苯环之间形成一个桥,是酚酵树脂交联阳叫 (5)酸和酰景;普固化促进体系 常见的固化促进剂有盐酸、硫酸、磷酸、对甲苯磺酸、酚磺酸、石他磺筋、苯横酰氯和对甲苯磺酸氯等。 它们共同的特点是能产生氢离子,促进酚酶树脂的固化。 酰氯在水存在下会分解成酸和氧化氧气体,在施工中会释放出刺激性气体,从而造成较差的施工环境,需要加强劳动保护,因此,酚醛树脂一般采用酸类作为固化促进剂中 古马隆系固化剂是一种新型固化髭进剂•奚白⑶】等以古马隆为原料制取了热固性惭警树脂的常温固化剂并研究了其性能、影响因素及固化条件。 他们发现古马隆系列固化剂与芳香福酸类和磺弑类固化剂相比,艮有用最少、价格低、在常温下能快速固化,没有强烈刺激性气味和操作环境好等优点。
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