 | |
| Идентификаторы | |
|---|---|
| ChemSpider |
|
| ECHA InfoCard | 100.105.516  |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Фенолформальдегидные смолы ( PF ) или фенольные смолы представляют собой синтетические полимеры, полученные реакцией фенола или замещенного фенола с формальдегидом . ПФ, использованные в качестве основы для бакелита , были первыми промышленными синтетическими смолами (пластиками). Они широко используются для производства формованных изделий, включая бильярдные шары, лабораторные столешницы, а также в качестве покрытий и клеев . Когда-то они были основным материалом, используемым для производства печатных плат, но были в значительной степени заменены эпоксидными смолами и стеклотканью , а также огнестойкими.Материалы печатной платы FR-4 .
Есть два основных способа производства. Один реагирует непосредственно с фенолом и формальдегидом с образованием термореактивного сетчатого полимера , а другой ограничивает формальдегид для получения форполимера, известного как вулкан, который можно формовать, а затем отверждать с добавлением большего количества формальдегида и тепла. [1] [2] Существует множество вариантов как производственных, так и исходных материалов, которые используются для производства широкого спектра смол специального назначения.
Формирование и структура [ править ]
Фенолоформальдегидные смолы, как группа, образуются в результате реакции ступенчатой полимеризации, которая может быть катализируемой кислотой или основанием . Поскольку формальдегид существует преимущественно в растворе как динамическое равновесие олигомеров метиленгликоля , концентрация реакционноспособной формы формальдегида зависит от температуры и pH.
Фенол реагирует с формальдегидом на орто- и пара- участках (участки 2, 4 и 6), позволяя присоединиться к кольцу до 3 единиц формальдегида. Первоначальная реакция во всех случаях включает образование гидроксиметилфенола:
- HOC 6 H 5 + CH 2 O → HOC 6 H 4 CH 2 OH
Гидроксиметильная группа способна реагировать либо с другим свободным орто- или парацентром, либо с другой гидроксиметильной группой. Первая реакция дает метиленовый мостик , а вторая - эфирный мостик:
- HOC 6 H 4 CH 2 OH + HOC 6 H 5 → (HOC 6 H 4 ) 2 CH 2 + H 2 O
- 2 HOC 6 H 4 CH 2 OH → (HOC 6 H 4 CH 2 ) 2 O + H 2 O
Дифенол (HOC 6 H 4 ) 2 CH 2 (иногда называемый «димером») называется бисфенолом F , который является важным мономером при производстве эпоксидных смол . Бисфенол-F может дополнительно связываться с образованием олигомеров три-, тетра- и высших фенолов.
Новолаки [ править ]
Новолаки (или новолаки) представляют собой фенолформальдегидные смолы с молярным отношением формальдегида к фенолу менее единицы. Вместо самого фенола они часто производятся из крезолов (метилфенолов). Полимеризацию завершают с использованием кислотного катализа, такого как серная кислота , щавелевая кислота , соляная кислота и, реже, сульфоновые кислоты. [3] Фенольные звенья в основном связаны метиленовыми и / или эфирными группами. Молекулярные массы находятся в нескольких тысячах, что соответствует примерно 10–20 фенольным единицам. Полученный полимер является термопластичным и требует отвердителя или отвердителя для образования термореактивного материала .
Гексаметилентетрамин - отвердитель, добавляемый для сшивания новолака. При температуре выше 90 ° C он образует метиленовые и диметиленовые аминомосты. Резолы также можно использовать в качестве отвердителя (отвердителя) для новолачных смол. В любом случае отвердитель является источником формальдегида, который обеспечивает мосты между цепями новолака, в конечном итоге полностью сшивая систему. [1]
Новолаки находят множество применений в качестве вещества, повышающего клейкость шин , высокотемпературной смолы, связующего для огнеупоров на углеродной связке, углеродных тормозов, фоторезистов и в качестве отвердителя для эпоксидных смол .
Resoles [ править ]
Фенолформальдегидные смолы, катализируемые основанием, производятся с отношением формальдегида к фенолу больше единицы (обычно около 1,5). Эти смолы называются резолами. Фенол, формальдегид, воду и катализатор смешивают в желаемом количестве, в зависимости от смолы, которую нужно сформировать, и затем нагревают. Первая часть реакции, при температуре около 70 ° C, приводит к образованию густого красновато-коричневого липкого материала, который богат гидроксиметильными и бензиловыми эфирными группами.
Скорость реакции, катализируемой основанием, первоначально увеличивается с увеличением pH и достигает максимума примерно при pH = 10. Реактивным веществом является анион феноксида (C 6 H 5 O - ), образующийся при депротонировании фенола. Отрицательный заряд делокализован по ароматическому кольцу , активируя центры 2, 4 и 6, которые затем вступают в реакцию с формальдегидом.
Будучи термореактивными , гидроксиметилфенолы будут сшиваться при нагревании примерно до 120 ° C с образованием мостиков метилена и метилового эфира за счет удаления молекул воды. На этом этапе смола представляет собой трехмерную сетку, которая типична для полимеризованных фенольных смол. Высокая степень сшивки придает этому типу фенольной смолы твердость, хорошую термическую стабильность и химическую непроницаемость. Резолы называются «одностадийными» смолами, поскольку они отверждаются без сшивающего агента, в отличие от новолаков, «двухстадийных» смол.
Резолы - это основные полимерные полимерные материалы, широко используемые для склеивания и склеивания строительных материалов. Типичные области применения - наружная фанера, ориентированно-стружечные плиты (OSB), ламинированный композитный пиломатериал (LCL).
Сшивание и соотношение формальдегид / фенол [ править ]
Когда молярное соотношение формальдегид: фенол достигает единицы, теоретически каждый фенол связывается вместе через метиленовые мостики, образуя одну единственную молекулу, и система полностью сшивается. Вот почему новолаки (F: P <1) не затвердевают без добавления сшивающих агентов, а резолы с формулой F: P> 1 будут.
Приложения [ править ]
Фенольные смолы содержатся во множестве промышленных продуктов. Фенольные ламинаты получают путем пропитки одного или нескольких слоев основного материала, такого как бумага, стекловолокно или хлопок, фенольной смолой и ламинирования насыщенного смолой основного материала под действием тепла и давления. В ходе этого процесса смола полностью полимеризуется (отверждается), образуя термореактивную полимерную матрицу . Выбор основного материала зависит от предполагаемого применения готового продукта. Бумажные фенольные смолы используются в производстве электрических компонентов, таких как перфорированные плиты, в бытовых ламинатах и в бумажных композитных панелях . Стеклофенольные смолы особенно хорошо подходят для использования в высокоскоростных подшипниках.рынок. Фенольные микрошарики используются для контроля плотности. Связующим веществом в обычных (органических) тормозных колодках, тормозных колодках и дисках сцепления является фенольная смола. Связанная синтетической смолой бумага , изготовленная из фенольной смолы и бумаги, используется для изготовления столешниц. Еще одно применение фенольных смол - это изготовление Duroplast, используемого в автомобилях Trabant.
Фенольные смолы также используются для изготовления наружной фанеры, широко известной как фанера, устойчивая к погодным условиям и кипячению (WBP), потому что у фенольных смол нет точки плавления, а только точка разложения в температурной зоне 220 ° C (428 ° F) и выше.
Фенольные смолы используют в качестве связующего вещества в громкоговорителе драйвер компонентов подвески , которые изготовлены из ткани .
Бильярдные шары высшего качества изготавливаются из фенольных смол, в отличие от полиэфиров, используемых в менее дорогих наборах.
Иногда люди выбирают детали из армированной волокном фенольной смолы, потому что их коэффициент теплового расширения близко соответствует коэффициенту теплового расширения алюминия, используемого для других частей системы, как в ранних компьютерных системах [4] и Duramold .
Голландский подделыватель живописи Хан ван Меегерен смешал фенолформальдегид со своими масляными красками перед запеканием готового холста, чтобы имитировать высыхание краски на протяжении веков.
Торговые наименования [ править ]
- Бакелит изначально производился из фенольной смолы и древесной муки .
- Novotext - это фенол, армированный хлопковыми волокнами, с использованием волокон произвольной ориентации.
- Oasis Floral Foam - это «фенольная пена с открытыми порами, которая легко впитывает воду и используется в качестве основы для цветочных композиций». [5]
- Паксолин - это связанная смолой бумажная продукция, которая долгое время использовалась в качестве основного материала для печатных плат , хотя во многих областях его заменяют композитами из стекловолокна.
- Туфнол - это ламинированный пластик, доступный в виде листов и стержней, который состоит из слоев бумаги или ткани, пропитанных фенольной смолой и спрессованных под действием тепла. Его высокая стойкость к маслам и растворителям сделала его пригодным для многих инженерных приложений. [6]
- Ebonol - это фенольная смола с бумажным наполнителем, предназначенная для замены эбенового дерева в струнных и деревянных духовых инструментах.
Биоразложение [ править ]
Фенолформальдегид разлагается грибком белой гнили Phanerochaete chrysosporium . [7]
См. Также [ править ]
- Карбамидоформальдегид
- Паратретичная бутилфенолформальдегидная смола
Ссылки [ править ]
- ^ a b А. Гардзиелла, Л. А. Пилато, А. Кноп, Фенольные смолы: химия, применение, стандартизация, безопасность и экология, 2-е издание, Springer, 2000 г.
- ^ Вольфганг Гессе "Фенольные смолы" в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002 / 14356007.a19_371 .
- ^ Ральф Даммель (1993). «Основы химии новолаков». Резисты на основе диазонафтохинона . Int. Soc. Оптическая инженерия. ISBN 9780819410191.
- ^ JG Ferguson, мы Grutzner, DC Koehler, RS Скиннер, MT Skubiak и DH Wetherell. «Аппаратура и оборудование ESS № 1» . Технический журнал Bell System. 1964. с. 2417.
- ^ "Ресурсный центр Smithers Oasis" . Архивировано из оригинального 7 -го апреля 2008 года . Проверено 21 октября 2010 года .
- ^ Годвин, Р. (апрель 2015 г.). "Что такое туфнол?" . ahistoryoftufnol.org .
- ^ Gusse AC; Miller PD; Volk TJ (июль 2006 г.). «Грибы белой гнили демонстрируют первое биоразложение фенольной смолы». Наука об окружающей среде и технологии . 40 (13): 4196–9. Bibcode : 2006EnST ... 40.4196G . DOI : 10.1021 / es060408h . PMID 16856735 .
