Polimeri fenol-formaldehidă. Revizuire științifică. Științe tehnice Ce materiale polimerice sunt fabricate pe bază de fenol

Polimerii fenolici sunt produși de policondensare a diverșilor fenoli cu aldehide.

Fenolul SbH50N este o substanță cristalină cu un punct de topire de 41 ° C și un punct de fierbere de 182 ° C, miscibilă cu alcool și încălzită cu apă, solubilă în eter, glicerină, cloroform etc. Fenolul se obține din gudron de cărbune - un produs al distilării uscate a cărbunelui - și sintetic .

Dintre componentele aldehidice, la prepararea polimerilor fenolici se folosesc cel mai adesea formaldehida și furfuralul, care formează polimeri cu structură tridimensională cu fenol. Formaldehida CH20 este un gaz foarte solubil în apă; apa absoarbe până la 50% formaldehidă. Soluțiile apoase de formaldehidă se numesc formol. La prepararea polimerilor fenolici se folosesc substanțe auxiliare, dintre care cele mai importante sunt catalizatorii NaOH, NH4OH, Ba(OH) 2) Contactul lui Petrov, HC1 etc.; solvenți - alcool etilic, acetonă și stabilizatori - etilenglicol, glicerină etc.

În timpul policondensării fenolului cu aldehide se formează produse oligomerice termoplastice sau termorigide. Polimerii fenolici termoplastici se numesc novolac, iar termorezistenții se numesc rezol.

În reacția fenolilor cu aldehide, formarea polimerilor de un tip sau altul depinde de funcționalitatea componentei fenol, de raportul molar al materiilor prime și de pH-ul mediului de reacție.

Când sunt încălzite, rezoluțiile sunt vindecate, adică trec într-o stare tridimensională, în timp ce procesul de întărire trece prin trei etape: A, B și C.

Prima etapă este A-resol. Oligomerul este într-o stare lichidă sau solidă solubilă, se topește la încălzire și, la încălzire ulterioară, trece într-o stare solidă insolubilă și infuzibilă. În stadiul A, polimerul are o structură liniară sau o ușoară ramificare a lanțurilor liniare.

A doua etapă este B-rezitolul. Oligomerul este dur și fragil, nu se dizolvă la rece, ci doar se umflă în solvenți, se înmoaie la temperatură și trece într-o stare tridimensională infuzibilă și insolubilă. În stadiul B, polimerul este într-o stare ramificată și există legături încrucișate între macromoleculele individuale.

A treia etapă este C-resit. Polimerul este un produs dur și casant, insolubil și infuzibil atunci când este încălzit. Polimerul în această stare are o structură tridimensională cu o densitate diferită de reticulare intermoleculară. Tranziția oligomerului într-o stare tridimensională infuzibilă și insolubilă (resit) este rezultatul interacțiunii intermoleculare a grupărilor metil și al formării unei structuri polimerice tridimensionale.

Durata tranziției oligomerului de la stadiul A la C caracterizează viteza de întărire a acestuia, care poate varia într-un interval larg de la câteva minute la câteva ore, în funcție de condițiile de întărire și de proprietățile polimerului inițial. Procesele tehnologice de producere a oligomerilor novolac și rezolu fenol-formaldehidă diferă puțin între ele și practic includ aceleași operațiuni, cu excepția uscării produselor finite.

În industria plăcilor, oligomerii fenol-formaldehidă sunt utilizați sub formă de rezoluții lichide pentru producerea de materiale plastice, placaj, plăci fibroase și PAL. În producția de placaj, plăci din fibre și PAL, se folosesc în principal rășini din următoarele clase: SFZh-3011; SFZh-3013; SFZh-3014; SFZh-3024.

Pentru a crește durata de valabilitate și stabilitatea proprietăților rășinilor fenol-formaldehidă cu întărire la cald, se folosesc stabilizatori etilen glicol (EG), dietilen glicol (DEG), poliacetal glicol cu grupa viniloxi n poliacetal glicol (PAT). În timpul sintezei rășinilor se introduc stabilizatori. Utilizarea acestor stabilizatori vă permite să creșteți termenul de valabilitate până la 4 luni, cu stabilitatea indicatorilor principali.

Proprietățile adezive ale acestor rășini sunt afectate de greutatea lor moleculară, conținutul de monomeri și numărul de grupe funcționale. De exemplu, rășinile cu o greutate moleculară de 300...500 asigură cea mai mare rezistență a îmbinărilor adezive. Trebuie remarcat faptul că formarea proprietăților rășinilor rezol este posibilă în stadiul preparării lor prin modificarea condițiilor de policondensare.

Cercetările efectuate la TsNIIFe au descoperit că, cu cât conținutul de fenol liber în rășină este mai scăzut, cu atât este mai scăzută temperatura necesară pentru întărirea acesteia, iar rata de întărire a rășinilor cu un conținut scăzut de fenol liber variază ușor în funcție de temperatură. Deși odată cu creșterea temperaturii, rezistența și rezistența la apă a rășinilor fenol-formaldehidice cresc.

Pentru reducerea duratei de gelatinizare a rășinilor fenol-formaldehidice, atunci când acestea sunt utilizate la fabricarea produselor din carton, se folosesc diverși acceleratori de întărire, cum ar fi resorcinol, paraformaldehidă, guanidine etc. Utilizarea lor face posibilă reducerea timpului de întărire prin 30...60%.

În prezent, pentru rășinile fenol-formaldehidice din fabricarea plăcilor aglomerate s-au găsit întăritori organici - izocianați care, pe lângă reducerea întăririi rășinilor, reduc gradul de absorbție a liantului de către lemn, ceea ce îmbunătățește procesele de rășinificarea așchiilor și prepresare a ambalajelor. În plus, diverși acizi sulfonici sunt utilizați pentru a accelera procesul de întărire a rășinilor fenol-formaldehidice. Utilizarea acizilor sulfonici reduce timpul de întărire al rășinilor de 1,5-2 ori.

Pentru a crește viteza și adâncimea de întărire a rășinilor la o temperatură de 105...120 °C, în industrie au fost dezvoltați și testați întăritori combinați eficienți care conțin dicromați și uree.

Pe lângă rășinile de întărire la cald discutate mai sus, în industria prelucrării lemnului pentru lipirea lemnului masiv, s-au folosit adezivi de întărire la rece pe bază de rășini SFZh-3016; SFZh-309 n VIAMF-9. Acizii sulfonici sunt în general folosiți ca întăritori pentru adezivii cu întărire la rece.

Pentru fabricarea foliilor de fațare pe bază de hârtie kraft se folosesc rășini de impregnare cu fenol-formaldehidă SBS-1; LBS-1; LBS-2 și LBS-9. Placajul special este confruntat cu aceste folii.

Plăcile PAL și masele de presare pe bază de oligomeri fenol-formaldehidă se disting prin rezistență crescută la apă și căldură, precum și rezistență ridicată la influențele atmosferice. Pentru producerea plăcilor din PAL, se recomandă utilizarea oligomerilor cu vâscozitate redusă. Cu proprietăți fizice și mecanice ridicate, oligomerii fenol-formaldehidă necesită moduri de presare mai lungi și temperaturi ridicate.

Dezavantajele plăcilor de particule pe bază de oligomeri fenol-formaldehidă includ eliberarea de fenol liber și formaldehidă, un miros specific și o culoare închisă.

cuvânt înainte

Rășina fenol-formaldehidă este produsă comercial din 1912 sub denumirea de Bakelite. La fel ca multe produse noi, bachelita a fost inițial sceptic și i-a fost greu să concureze pe piață cu materiale binecunoscute.

Situația s-a schimbat rapid când au fost descoperite proprietățile sale valoroase - bachelita s-a dovedit a fi un material excelent de izolare electrică, care, în același timp, are o rezistență ridicată. Astăzi, acasă, nu vedem cu greu prize, fișe și întrerupătoare electrice din porțelan. Au fost înlocuite de produse termosetate. Bachelitul și materialele plastice aferente au ocupat, de asemenea, locul de mândrie în industriile de inginerie, auto și alte industrii.

Introducere

Sinteza compușilor macromoleculari este un proces de conectare a multor molecule de substanțe chimice individuale (monomeri) prin legături chimice normale într-o singură macromoleculă polimerică.

Reacția de formare a polimerului, care are loc fără eliberarea altor compuși chimici, se numește reacție de polimerizare. Transformarea monomerilor în polimeri, însoțită de eliberarea de subproduse, se numește policondensare.

Compușii organici cu greutate moleculară mare, pe baza cărora sunt fabricate majoritatea materialelor plastice, sunt numiți și rășini.

Grupul rășinilor de policondensare include rășinile poliesterice obținute prin condensarea acizilor polibazici cu alcooli polihidroxici, fenol-formaldehidă și altele.

Pe baza rășinilor fenol-formaldehidice se produc mase plastice, numite fenolici.

În funcție de compoziția lor, toate masele de plastic sunt împărțite în simple și complexe. Materialele plastice simple constau în principal dintr-un liant, uneori cu adăugarea unei cantități mici de substanțe auxiliare (colorant, lubrifiant etc.). Pe lângă liant, majoritatea materialelor plastice conțin altele. Astfel de materiale plastice sunt numite complexe și compozite.

Materialele de presare sunt compoziții pe bază de produse cu conținut ridicat de polimeri (rășini artificiale, eteri de celuloză, bitumuri), dintre care diverse metode formațiunile (presare directă, turnare) produc o varietate de produse.

Materialele de presare care conțin rășini care se întăresc în timpul presarii produselor se numesc termorigide.

Ca urmare a întăririi liantului, produsul capătă rezistență mecanică deja în matriță la temperatura de presare și își pierde capacitatea de a se înmuia atunci când este reîncălzit: rășina din produsul întărit nu se poate topi și dizolva. Acest proces de întărire este ireversibil.

Materialele termorigide includ materiale de presare, cum ar fi materialele plastice fenolice, aminoplastele care conțin în principal rășini de policondensare.

Materialele de presare, numite termoplastice sau termoplastice, conțin lianți care nu se întăresc în timpul presarii sau turnării produselor. În acest caz, produsele capătă rezistență mecanică numai după o oarecare răcire în matriță.

Pentru fabricarea materialelor plastice fenolice se folosesc ca liant rășini fenol-formaldehidice, precum și rășini obținute prin înlocuirea parțială a fenolului cu alte substanțe (anilină etc.) și înlocuirea parțială sau completă a formaldehidei cu alte aldehide (furfural etc.) .

In functie de raportul dintre fenol si formaldehida catalizatorului utilizat (acid, alcalin) si conditiile reactiilor de formare a rasinii se obtin doua tipuri de rasini - novolac si rezol.

Rășinile Novolac păstrează capacitatea de a se topi și de a se dizolva după încălzirea repetată la temperatura adoptată la presarea produselor din materiale plastice fenolice.

Rășinile Resole la temperaturi ridicate și în timpul depozitării pe termen lung chiar și la temperaturi normale trec într-o stare infuzibilă și insolubilă.

Întărirea rapidă a rășinilor novolac are loc numai în prezența agenților speciali de întărire, în principal urotropinei (hexametilentetramină). Rășinile Resole nu necesită adăugarea de agenți de întărire pentru a se întări.

Există trei etape în procesul de întărire a rășinilor cu rezoluție. În stadiul A (resol), rășina își păstrează capacitatea de a se topi și dizolva. În etapa B (rezitol), rășina practic nu se topește, dar este încă capabilă să se umfle în solvenți corespunzători. În stadiul C, resitul (rășina) este infuzibil și nici măcar nu se umflă în solvenți.

Formulări de materiale de presare și chimie de proces

Ideile teoretice despre mecanismul de interacțiune a fenolului cu formaldehida în prezența catalizatorilor, despre structura rășinilor fenol-formaldehidice în procesele de întărire a acestora nu sunt bine dezvoltate.

Principalele componente comune diferitelor materiale de presare sunt: rășina, umplutura fibroasă, întăritorul sau acceleratorul de rășină, lubrifiantul, colorantul și diverși aditivi speciali.

Rășina este baza materialului de presare, adică. un liant care, la temperatura și presiunea corespunzătoare, impregnează și leagă particulele componentelor rămase pentru a forma o masă omogenă.

Proprietățile rășinii determină proprietățile de bază ale materialului de presare. De exemplu, pe baza unei rășini fenol-formaldehidă obținută în prezența unui catalizator de hidroxid de sodiu, este imposibil să se obțină un material de presare care, după presare, să aibă rezistență mare la apă sau proprietăți electrice izolante ridicate.

Prin urmare, pentru a conferi anumite proprietăți specifice materialului de presare, în primul rând, este necesar să alegeți rășina potrivită (materii prime, catalizator, mod de formare a rășinii).

În acest caz, polimerul devine solid, insolubil și infuzibil. Acest produs al etapei finale de policondensare se numește resit.

În timpul prelucrării industriale, rășina în stadiul de formare a rezolului este turnată în matrițe și întărită în ele. Întărirea durează adesea câteva zile. Acest lucru este necesar pentru ca apa formată în timpul reacției să se evapore lent. În caz contrar, rășina se va dovedi opaca și cu bule. Pentru a accelera întărirea, este posibil să se aducă policondensarea la formarea rezitului, apoi să se piseze rășina rezultată, să o așeze în forme sub o presiune de 200-250 atm și să se întărească la 160-170 50 0C.

Dacă efectuăm această reacție la un pH peste 7, adică într-un mediu alcalin, atunci formarea rezolului va încetini foarte mult.

Rășini Novolac

În producție se folosesc în principal rășini fenol-formaldehidice de ambele tipuri: novolac și rezol.

La fabricarea rășinilor fenol-formaldehidice se utilizează fenol sintetic, precum și fenoli obținuți din gudron de cărbune (fracții fenol și fenol-crezol, tricrezol, xilenoli). Pe lângă fenolii enumerați, se folosesc amestecurile acestora, precum și amestecuri de fenol cu anilină (rășină fenol-anilină-formaldehidă). Formaldehida este uneori înlocuită parțial sau complet cu furfural.

Pentru a obține rășini novolac, condensarea se realizează de obicei în prezența catalizatorilor acizi cu un exces de fenol.

Procesul tehnologic de obținere a rășinii novolac solide constă în etapele de condensare și uscare, de obicei efectuate într-un singur aparat.

O astfel de cantitate de catalizator acid este introdusă în amestecul de fenol cu formaldehidă astfel încât valoarea pH-ului amestecului de reacție să fie de 1,6-2,3. La 20 de minute după începerea fierberii, o porţiune suplimentară de catalizator (0,056 în greutate acid la 100 în greutate fenol) este introdusă în aparat. Se continuă fierberea amestecului la 95-98 0C încă 1-1,5 ore. La atingerea greutății specifice a amestecului aproape de 1,2 g/cm 53 0, condensarea rășinii este considerată practic completă, porniți frigiderul direct și începeți uscarea, la o presiune reziduală nu mai mare de 300 mm Hg, încălzind aparatul. cu abur 5-8 at. Uscarea se continuă până când punctul de picurare al rășinii atinge 95-105 0C. După aceea, rășina este scursă din aparat și răcită.

Lubrifianții (acid oleic) și coloranții sunt adesea adăugați la rășinile novolac.

Rășina novolac fenolic-formaldehidă în stare solidă are o culoare de la maro deschis la maro închis, gravitație specifică este de aproximativ 1,2 g / cm 53 0. O astfel de rășină este capabilă să se topească și să se reîntărească de multe ori, se dizolvă bine în alcool și mulți solvenți. Trecerea rășinii dintr-o stare netopită la 150-200 5 0 0C la o stare infuzibilă și insolubilă în absența unui întăritor are loc foarte lent.

Punctul de topire, vâscozitatea și viteza de întărire ale rășinilor novolac se modifică foarte lent în timp. Prin urmare, astfel de rășini pot fi păstrate timp de câteva luni la orice temperatură.

Rășini Resole

Spre deosebire de rășinile novolac, diferite grade de rășini rezol au proprietăți diferite și au utilizări diferite. Adesea, o marcă de rășină rezol nu poate fi înlocuită complet cu alta.

Pentru obținerea rășinilor rezol se folosesc aceleași materii prime ca și la rășinile novolac (fenoli, amestecuri de fenol cu anilină, formaldehidă). Alcalii și bazele, soda caustică, hidroxidul de bariu, amoniacul, oxidul de magneziu servesc drept catalizator.

În producție, rășinile rezol sunt utilizate în stare solidă și lichidă. Rășina Resole în stare lichidă este un amestec de rășină și apă. Astfel de amestecuri care conțin până la 35% apă sunt numite rășini emulsie. Rășinile în emulsie parțial deshidratate (cu un conținut de umiditate de cel mult 20%) se numesc rășini lichide.

Vâscozitatea rășinilor în emulsie variază de la 500-1800 centipoise, rășini lichide - între 500-1200 centipoise.

Rășinile solide cu rezoluție diferă puțin ca aspect de rășinile novolac solide. Procesul tehnologic de obținere a rășinilor solide rezol este în multe privințe similar cu producerea rășinilor novolac. Condensarea și uscarea se realizează într-un singur aparat. Condensarea, de regulă, are loc la punctul de fierbere al amestecului de reacție, într-un anumit timp stabilit pentru fiecare marcă de rășină, uscarea se efectuează la o presiune reziduală de cel mult 200 mm Hg. Procesul de uscare este controlat prin determinarea vitezei de întărire a rășinii de pe plăci.

Rășina finită este scursă din aparat cât mai repede posibil și răcită strat subțire pentru a evita vindecarea acestuia.

Cel mai important indicator al calității emulsiilor și rășinilor solubile lichide este vâscozitatea, care scade brusc odată cu creșterea temperaturii.

Depozitarea rășinilor rezol este permisă doar pentru o perioadă scurtă de timp (2-3 zile după producție), deoarece în timpul depozitării vâscozitatea rășinilor lichide și emulsiilor crește relativ rapid, precum și punctul de picurare și viteza de întărire a rășinilor solide.

Un indicator important este fragilitatea rășinilor dure. Rășinile al căror punct de picurare și viteză de întărire se încadrează în specificații, uneori, nu sunt fragile. Apoi sunt greu de măcinat, iar în stare zdrobită se prăjesc rapid.

Rășinile Resole sunt zdrobite pe echipamente precum rășinile novolac. Deoarece rășina rezol zdrobită, chiar și cu o fragilitate bună, se prăjește rapid, nu ar trebui păstrată în această stare.

Cele mai convenabile containere pentru transportul în interiorul fabricii al rășinilor solide de rezoluție cu o locație separată a producției de rășină sunt pungi din țesătură groasă, rezistentă la praf (curele), iar pentru rășini cu emulsie - butoaie metalice standard.

Metode de producere a materialelor plastice fenolice și prelucrarea lor într-un produs

Umplutura pentru pulberile de presare, cum ar fi materialele plastice fenolice, este cel mai adesea făină de lemn, mult mai rar azbest cu fibre fine. Dintre materialele de umplutură sub formă de pudră minerală se folosesc spatul fluor și cuarțul pulverizat.

Materialele de presare precum substanțele fenolice sunt produse prin metode „uscate” și „umede”. Prin metode „uscate”, rășina se aplică sub formă uscată, iar cu metode „umede”, sub formă de lac alcoolic (metoda lac) sau emulsie apoasă (metoda emulsie).

Se realizează prelucrarea materialelor plastice fenolice într-un produs căi diferite. Cea mai veche și comună metodă industrială este presarea directă (numită și presare la cald sau prin compresie) aplicabilă tuturor tipurilor de materiale de presare descrise.

Metoda de turnare prin injecție, numită și turnare prin transfer sau prin injecție, este utilizată numai pentru prelucrarea pulberilor de presare, atunci când produsul trebuie să includă fitinguri complexe.

Metoda de extrudare continuă este utilizată pentru fabricarea diverselor produse de profil din pulberi de presare (tuburi, tije, colțuri).

Proprietăți Faolite

Faolite este o masă plastică rezistentă la acizi, obținută pe bază de rășină rezol fenol-formaldehidă și o umplutură rezistentă la acid din azbest, grafit și nisip de cuarț.

Rășina fenol-formaldehidă termorezistabilă este capabilă să devină o stare solidă, infuzibilă și insolubilă sub influența încălzirii. În conformitate cu aceasta, masa faolitică, în care particulele de umplutură sunt interconectate printr-o rășină solubilă vâscoasă, se solidifică în timpul tratamentului termic, devine infuzibilă și insolubilă.

Faolite este unul dintre cele mai valoroase materiale structurale. Sa dovedit că funcționează în diverse medii agresive într-un interval larg de temperatură. În ceea ce privește rezistența la coroziune, faolita este superioară plumbului.

O cantitate mare de faolită este produsă sub formă de foi semifabricate neîntărite din care plantele de consum realizează diverse produse și accesorii.

Faolite a găsit o aplicare largă în multe industrii ca material structural. În unele cazuri, înlocuiește metalele neferoase, în special plumbul. Lejeritatea faolitei (p = 1,5-1,7 g/cm 53 0), rezistenta chimica la medii acide agresive face posibila fabricarea de echipamente rezistente din acesta cu o greutate de cateva ori mai mica decat metalul.

Faolite poate fi aplicat la o temperatură mai mare decât multe alte materiale plastice rezistente la acizi.

Materia primă principală pentru faolită și prepararea rășinii Resole

Pentru producerea faolitului, se folosește o rășină rezol, care este un produs al condensării fenolului cu formaldehidă în prezența unui catalizator - apă amoniacală. Rășina Resole, când este încălzită, poate trece într-o stare infuzibilă și insolubilă.

Fenolul în forma sa pură este o substanță cristalină cu un miros specific. Punctul de fierbere este 182 0С iar densitatea la 15 0С este 1,066 g/cm3.

Fenolul se dizolvă bine într-o soluție apoasă 30-40% de formaldehidă (formalină), alcool, eter, glicerol, benzen.

Rășină Resole pentru gătit și uscare

Gătitul și uscarea rășinii rezol se efectuează într-un uscător de gătit. Aparatul este prevazut cu agitator la 40-50 rpm.In capacul aparatului se monteaza vizor, fitinguri pentru masurarea temperaturii si presiunii. Presiune de lucru până la 2 atmosfere.

În timpul gătirii rășinii, are loc o reacție de condensare - interacțiunea fenolului cu formaldehida în prezența unui catalizator de amoniac. Aceasta formează o rășină și un strat de apă. În timpul uscării, apa și componentele care nu au intrat în reacție sunt îndepărtate în principal. Procesul de uscare determină în mare măsură calitatea rășinii finite.

Materiile prime sunt încărcate în cazan în următoarele cantități: fenol (100%) - 100 părți în greutate, formol (37%) - 103,5 părți în greutate, apă amoniacală (în termeni de 100% amoniac) - 0,5 părți în greutate.

Prelucrarea faolitei uscate într-un produs poate fi efectuată prin metoda de formare, presare. Datorită faptului că prelucrarea mecanică a faolitului este o muncă laborioasă, este necesar să se străduiască să se asigure că piesa faolită fabricată primește o anumită formă în stare neîntărită.

Faolita brută este folosită pentru a face: țevi, sertare, vase cilindrice, malaxoare.

Pătratele, teesurile, căzile sunt realizate din faolită întărită.

Țevi și produse din textofaolite

Faolitul produs în prezent nu poate fi folosit în unele cazuri din cauza rezistenței mecanice insuficiente. Întărirea sau textulizarea faolitului cu o țesătură face posibilă obținerea unui material cu proprietăți mecanice semnificativ îmbunătățite.

Țevile faolitice se obțin în mod obișnuit. Produsul faolitic neîntărit este învelit strâns cu fâșii de țesătură mânjite cu lac de bachelită. Dacă nu este necesară reaplicarea faolitului, atunci în această formă text-faolitul este vindecat.

În acest fel se obțin țevi și sertare de diferite diametre din care se montează ulterior dispozitive sau țevi de evacuare.

Alte

Pentru lăcuire produse din lemn Se folosesc lacuri autopolimerizante, care sunt fabricate tot din rasini fenol-formaldehidice.

Rășinile fenol-formaldehidă Resole pot fi, de asemenea, folosite pentru a lipi lemnul de lemn sau metal. Legătura este foarte puternică și această metodă de lipire este acum folosită din ce în ce mai mult, mai ales în industria aviației.

În industrie, lipirea cu rășini pe bază de fenol este utilizată la fabricarea placajului și a materialelor plastice din fibre de lemn. În plus, astfel de rășini sunt folosite cu succes pentru fabricarea periilor și a periilor, iar în inginerie electrică lipesc perfect sticla pe metal în lămpi cu incandescență, lămpi fluorescente și lămpi radio.

Anunturile de cumparare si vanzare de echipamente pot fi vizualizate la adresa

Puteți discuta despre avantajele claselor de polimeri și proprietățile acestora la

Înregistrați-vă compania în Directorul de afaceri

În această lucrare, este dată o caracteristică generală a rășinilor fenol-formaldehidice, rășinile novolac și rezol sunt considerate separat. Sunt prezentate reacțiile și sunt luate în considerare mecanismele de formare și întărire a rășinilor novolac și rezol, precum și principalele lor proprietăți. Sunt luate în considerare tehnologiile de producere a rășinilor și lacurilor novolac, rășinilor și lacurilor rezolutive, rășinilor rezolutive în emulsie, alcoolilor fenolici și concentratelor de fenol-formaldehidă. Rețete furnizate și parametrii tehnologici obţinerea răşinilor luate în considerare prin metode periodice şi continue. Pe baza acestor informații, a evaluare comparativă rășini novolac și rezolu fenol-formaldehidă, precum și compoziții pe bază de acestea, ceea ce face posibilă evaluarea avantajelor și dezavantajelor utilizării lor în diverse domenii, inclusiv producția de materiale plastice fenolice și produse din acestea.

rășini fenol-formaldehidice

Rășini Novolac

rășini de rezoluție

vindecare

urotropină

1. Bachman A., Muller K. Phenoplasts / A. Bachman, K. Muller; pe. cu el. L.R. Vin, V.G. Gevita. - M.: Chimie, 1978. - 288 p.

2. Bratsikhin E.A., Shulgina E.S. Tehnologia materialelor plastice: manual. manual pentru școlile tehnice / E.A. Bratsikhin, E.S. Shulgin. - Ed. a 3-a, revizuită. si suplimentare - L.: Chimie, 1982. - 328 p.

3. Vlasov S.V., Kandyrin L.B., Kuleznev V.N. et al. Fundamentele tehnologiei de prelucrare a materialelor plastice /S.V. Vlasov, L.B. Kandyrin, V.N. Kuleznev - M.: Chimie, 2004 - 600 p.

4. Kochnova Z.A., Zhavoronok E.S., Chalykh A.E. Rășini epoxidice și întăritori: produse industriale / Z.A. Kochnova, E.S., Zhavoronok, A.E. Chalykh - M.: Paint-Media LLC, 2006. - 200 p.

5. Kryzhanovsky V.K., Kerber M.L., Burlov V.V., Panimatchenko A.D. Fabricarea produselor din materiale polimerice: manual. indemnizație / V.K. Kryzhanovsky, M.L. Kerber, V.V. Burlov, A.D. Panitchenko - Sankt Petersburg: Profesie, 2004. - 464 p.

6. Kutyanin G.I. Materiale plastice și produse chimice de uz casnic / G.I. Kutyatin - M.: Chimie, 1982. - 186 p.

7. Mihailin Yu.A. Polimeri rezistenti la caldura si materiale polimerice/ Yu.A. Mihailin - Sankt Petersburg: Profesie, 2006. - 624 p.

8. Nikiforov V.M. Tehnologia metalelor și a altor materiale structurale [Text] / V.M. Nikiforov. - Ed. a 9-a, Sr. - Sankt Petersburg: Politehnica, 2009 - 382 p.

9. Materiale compozite polimerice. Proprietăți. Structura. Tehnologii / ed. A.A. Berlin. - Sankt Petersburg: Profesie, 2009. - 560 p.

10. Tehnologia celor mai importante industrii: Manual / ed. A.M. Ginberg, B.A. Khokhlova - M .: Școala superioară, 1985. – 496 p.

11. Tehnologia materialelor plastice / sub. ed. V.V. Korshak - ed. a 3-a, revizuită. si suplimentare – M.: Chimie, 1985. – 560 p.

12. Enciclopedia polimerilor. Volumul 3 / ed. V.A. Kabanova - M.: Enciclopedia Sovietică, 1977. - 1152 p.

TEHNOLOGIA DE PREPARARE ȘI PROPRIETĂȚI ALE RĂȘINILOR FENOL-FORMALDEHIDICE ȘI COMPOZIȚII PE BAZA ELE

Vitkalova I.A. 1 Torlova A.S. 1 Pikalov E.S. unu

1 Universitatea de stat Vladimir numită de Alexandru Grigorevici și Nikolay Grigorevici Stoletov

abstract:

În acest articol sunt prezentate caracteristicile generale ale rășinilor fenol-formaldehidice, sunt considerate separat rășinile novolac și rezoluția. Reacții reprezentate și mecanismele de formare și întărire ale rășinilor novolac și resol și proprietățile lor de bază. Examinează tehnologia rășinilor și lacurilor novolac, rășinilor și lacurilor resol, rășinilor rezol emulsii, fenol-alcooli și concentrate de fenol-formaldehidă. S-au prezentat formularea și parametrii tehnologici ai obținerii rășinilor considerate prin metode discontinue și continue. Pe baza acestor informații, o evaluare comparativă a rășinilor novolac și rezol fenol-formaldehidă și a compozițiilor pe baza acestora, care permite evaluarea avantajelor și dezavantajelor aplicării lor în diverse domenii, inclusiv în producția de materiale plastice fenolice și a produselor din acestea. .

Cuvinte cheie:

rășină fenol-formaldehidă

hexametilentetramină

În prezent, rășinile sintetice obținute în urma reacțiilor de policondensare sau polimerizare sunt utilizate pe scară largă în construcții și în diverse industrii. Ele sunt cele mai utilizate ca lianți pentru producția de materiale compozite, adezivi și în industria vopselelor și lacurilor. Principalele avantaje ale utilizării rășinilor sintetice sunt aderența lor ridicată la majoritatea materialelor și rezistența la apă, precum și rezistența mecanică, stabilitatea chimică și termică.

În același timp, rășinile sintetice nu sunt practic utilizate în forma lor pură, ci sunt folosite ca bază de compoziții, care includ diverși aditivi precum materiale de umplutură, diluanți, agenți de îngroșare, întăritori etc.

Introducerea aditivilor face posibilă reglarea proprietăților tehnologice ale compozițiilor și a proprietăților operaționale ale produselor obținute din acestea într-o gamă largă. Cu toate acestea, în multe privințe, proprietățile compoziției sunt determinate de proprietățile rășinii sintetice. Alegerea tehnologiei și a parametrilor pentru modelarea produselor din compoziție depinde și de alegerea rășinii.

Cel mai utilizat în prezent rășini sintetice includ carbamidă, alchidă, epoxidă, poliamidă și fenolic (în principal fenol-formaldehidă).

caracteristici generale Rășinile fenol-formaldehidice FFS [-C6H3(OH) -CH2-]n sunt produși oligomeri lichi sau solizi ai reacției de policondensare a fenolului C6H5OH sau a omologilor săi (crezolurile CH3-C6H5-OH și xilenolii (CH3)2-C6H5-OH) cu formaldehidă (metanal H2 -C=O) în prezența catalizatorilor acizi (HCl clorhidric, H2SO4 sulfuric, H2C2O4 oxalic și alți acizi) și alcalini (amoniac NH3, amoniac hidrat NH4OH, hidroxid de sodiu NaOH, hidroxid de bariu Ba(OH) ) tip.

Formaldehida este de obicei folosită ca soluție apoasă stabilizată cu metanol numită formol CH2O. H2O. CH3OH. În unele cazuri, fenolul este înlocuit cu fenoli substituiți sau resorcinol (C6H4 (OH) 2), iar formaldehida este înlocuită parțial sau complet cu furfural C5H4O2 sau produsul de polimerizare a formaldehidei - paraform OH (CH2O) nH, unde n = 8 - 100.

Rolul grupelor funcționale reactive în acești compuși este jucat de:

În fenol, există trei legături C-H în două poziții orto și para (mai ușor înlocuirea este în cursîn două poziții orto);

Formaldehida are o legătură dublă C=O capabilă de adăugare la atomii de C și O.

În funcție de natura în raportul componentelor, precum și de catalizatorul utilizat, rășinile fenol-formaldehidice se împart în două tipuri: rășini termoplastice sau novolac și termorigide sau rezolutive.

Procesul de formare a rășinilor fenolice este foarte complicat. Mai jos sunt reacțiile de formare a rășinilor fenol-formaldehidice, stabilite pe baza lucrărilor lui Koebner și Vanscheidt și care sunt în prezent general recunoscute.

Caracteristicile rășinilor novolac

Rășinile Novolac (NS) sunt predominant oligomeri liniari, în moleculele cărora miezurile fenolice sunt conectate prin punți de metilen -CH2-. Pentru a obține rășini novolac, este necesar să se efectueze reacția de policondensare a fenolului și formaldehidei cu un exces de fenol (raportul dintre fenol și aldehidă în moli 6: 5 sau 7: 6) și în prezența catalizatorilor acizi.

În acest caz, alcoolii p- și o-monooxibenzilici se vor forma în prima etapă a reacției:

Într-un mediu acid, alcoolii fenolici reacționează rapid (condensează) cu fenol și formează dihidroxidifenilmetani, de exemplu:

Dihidroxidifenilmetanii rezultați reacţionează cu formaldehida sau alcoolii fenolici. Creșterea în continuare a lanțului are loc datorită adăugării secvențiale de formaldehidă și condensării.

Ecuația generală pentru policondensarea într-un mediu acid, care duce la formarea NS, are forma:

unde n ≈ 10.

În condiții normale de condensare novolac, adăugarea de formaldehidă la miezul fenolic are loc în principal în poziția para, iar formula de mai sus nu reflectă adevărata structură a rășinii. Orthonovolacs, adică oligomeri fenol-formaldehidă cu atașare numai în poziție orto, se obțin numai prin metode speciale de policondensare. Prezintă un interes considerabil datorită structurii lor regulate și posibilității de a obține compuși cu greutate moleculară relativ mare.

Moleculele de rășină novolac nu sunt capabile să intre într-o reacție de policondensare între ele și nu formează structuri spațiale.

Întărirea rășinilor Novolac

Rășinile Novolac sunt polimeri termoplastici care se înmoaie și chiar se topesc când sunt încălzite și se întăresc când sunt răcite. În plus, acest proces poate fi efectuat de mai multe ori.

Rășinile Novolac pot fi făcute infuzibile și insolubile prin tratarea lor cu diverși întăritori: formaldehidă, paraformă sau, cel mai frecvent, hexametilentetramină (urotropină) C6H12N4:

Se adaugă urotropină într-o cantitate de 6 - 14% și amestecul este încălzit la o temperatură de 150 - 200°C. Un amestec zdrobit de rășină novolac cu hexametilentetramină (urotropină) se numește pulverbakelită.

Când este încălzită, urotropina se descompune cu formarea de punți de dimetilenimină (I) și trimetilenamină (II) între moleculele de rășină:

Aceste punți se descompun apoi cu eliberarea de amoniac și alți compuși care conțin azot, iar între moleculele de rășină se formează punți de metilen —CH2— și legături termostabile —CH=N—CH2—.

Rășinile Novolac, atunci când sunt încălzite cu urotropină, trec prin aceleași trei etape de întărire ca și solul.

Proprietățile rășinii Novolac

În funcție de tehnologia de producție, rășinile novolac sunt substanțe sticloase solide fragile sub formă de bucăți, fulgi sau granule cu o culoare de la galben deschis la roșu închis (Fig. 1).

Orez. unu. Aspect Rășini Novolac

tabelul 1

Proprietățile rășinilor novolac în prezența a 10% hexametilentetramină (urotropină)

Note: *Punctul de picurare este temperatura la care rășina începe să se formeze lichid și cade sub formă de picături sau plutește din vasul de măsurare sub influența gravitației. **Timp de gelatinizare - timpul în care rășina polimerizează și se transformă într-o stare solidă, infuzibilă și insolubilă. În acest timp, rășina rămâne lichidă, potrivită pentru prelucrare și aplicare.

Rășinile Novolac sunt ușor solubile în alcooli, cetone, esteri, fenoli și soluții apoase de alcalii. Rășinile Novolac se umflă și se înmoaie în apă, iar în absența umidității sunt stabile în timpul depozitării.

Principalele proprietăți ale rășinilor novolac produse de industrie (grade SF) sunt prezentate în tabel. unu .

Caracteristicile rășinilor rezolutive

Rășinile Resole (RS), numite și bachelite, sunt un amestec de oligomeri liniari și ramificati care conțin un număr mare de grupări metilol -CH2OH, capabile de transformări ulterioare. Pentru a obține rășini rezol, este necesar să se efectueze reacția de policondensare a fenolului și formaldehidei cu un exces de formaldehidă (raportul aldehidă la fenol în moli 6: 5 sau 7: 6) și în prezența catalizatorilor bazici.

În acest caz, în prima etapă a reacției de policondensare, se vor obține derivați mono-, di- și trimetilol ai fenolului (alcooli fenolici):

La temperaturi peste 70 ° C, alcoolii fenolici interacționează între ei pentru a forma compuși bi și trinucleari:

Dimerii rezultați pot reacționa cu monoalcooli sau între ei, formând oligomeri cu un grad mai mare de policondensare, de exemplu:

Ecuația generală de policondensare în acest caz poate fi reprezentată după cum urmează:

unde m = 4 - 10, n = 2 - 5.

Rășina obținută în urma unei astfel de reacții de policondensare se numește rezoluție.

Rășinile rezol în unele cazuri pot conține, de asemenea, grupări dimetilen eter -CH2-O-CH2-, datorită cărora formaldehida este eliberată din ele atunci când sunt încălzite.

Întărire cu rășină Resole

Rășinile Resole sunt polimeri termorigizi care, atunci când sunt încălzite, suferă o degradare chimică ireversibilă fără a se topi. În acest caz, o schimbare ireversibilă a proprietăților are loc ca urmare a reticularii lanțurilor moleculare prin legături încrucișate. Rășina se întărește și trece de la o stare topită la o stare solidă. Temperatura de întărire poate fi fie ridicată (80-160°C) pentru întărire la cald, fie scăzută pentru întărire la rece. Întărirea are loc datorită interacțiunii grupărilor funcționale ale materialului în sine sau cu ajutorul unor întăritori similari celor utilizați pentru rășinile novolac.

Rășinile Resole se întăresc și în timpul depozitării prelungite chiar și la temperaturi normale.

Există trei etape de condensare sau trei tipuri de rășini rezolutive:

Etapa A (rezol) - un amestec de compuși cu greutate moleculară mică ai produselor reacției de policondensare;

Etapa B (rezitol) - un amestec de rășină rezol și compuși infuzibili și insolubili cu greutate moleculară mare.

Stadiul C (resit) - rășină, constând în principal din compuși tridimensionali cu molecule înalte.

Aceste transformări apar ca urmare a condensării grupărilor metilol cu atomi mobili de hidrogen în pozițiile orto și para ale nucleului fenil:

Precum și interacțiunea grupărilor metilol între ele:

Structura locațiilor poate fi simplificată după cum urmează:

Rășinile Resole pot fi întărite și la rece în prezența acizilor (acizi clorhidric, fosforic, p-toluensulfonic etc.). Reziturile vindecate în prezența acizilor sulfonici de petrol RSO2OH (unde R este un radical de hidrocarbură) se numesc carboliți, iar în prezența acidului lactic С3Н6О3 - neoleucorite.

La încălzire, întărirea rășinilor rezol este accelerată prin adăugarea de oxizi ai metalelor alcalino-pământoase: CaO, MgO, BaO.

Proprietățile rășinilor rezolutive

În starea inițială (etapa A), rășinile rezol sunt separate în solid și lichid. Solide („rășini uscate”) sunt substanțe solide fragile, de la culoarea galben deschis la roșcat, în funcție de catalizatorul utilizat, și diferă puțin de rășinile novolac ca aspect (vezi Fig. 1). Rășinile Resole conțin mai mult fenol liber decât rășinile novolac, rezultând un punct de topire mai scăzut. Rășinile Resole, cum ar fi novolacurile, se dizolvă în alcooli, cetone, esteri, fenoli, soluții apoase de alcali și, de asemenea, se umflă în apă.

Principalele proprietăți ale rezoluțiilor solide produse de industrie (clasele IF) sunt prezentate în tabel. 2.

masa 2

Proprietățile rășinilor cu rezoluție tare

Rășinile lichide sunt o soluție coloidală de rășină în apă (Fig. 2), obținută în prezența unui catalizator de amoniac sau amoniac-bariu și se împart în bachelite lichide și rășini pe bază de apă.

Principalele proprietăți ale rezoluțiilor lichide produse de industrie (mărcile BZh și OF) sunt prezentate în tabel. 3 .

Orez. 2. Aspectul rășinilor lichide rezol

Tabelul 3

Proprietățile rășinilor lichide cu rezoluție

Când este încălzit sau depozitat pentru o perioadă lungă de timp, rezoluția trece în stadiul B (rezitol) și apoi în stadiul C (resit). Resitolul este insolubil în solvenți, dar doar se umflă în ei, nu se topește, ci se înmoaie când este încălzit.

Resit este solid culoare de la galben deschis la vișiniu sau maro. Resit nu se topește și nu se înmoaie când este încălzit, este insolubil și nu se umflă în solvenți.

Principalele proprietăți ale reziturilor obținute prin întărirea rășinilor rezol sunt prezentate în tabel. 4 .

Tabelul 4

Proprietăți Resit

Indicator	Valoare
Densitate	1250 - 1380 kg/mc
Degradarea temperaturii
Absorbția apei după 24 de ore
Rezistență la tracțiune: De tracţiune Când este comprimat Cu îndoire statică	(42 - 67).106 Pa (8 - 15).107 Pa (8 - 12).107 Pa
Duritatea Brinell
Rezistenta electrica specifica	1,1012 - 5,1014 Pa
Rezistenta electrica	10 - 14 kV/mm
Constanta dielectrica la 50 Hz
Rezistență la arc	Foarte jos
Rezistență la acizi slabi	Foarte bine
Rezistență la alcalii	Se prăbușește

Modificarea aditivilor pentru FFS

Pentru o modificare direcționată a proprietăților rășinilor fenol-formaldehidă, se utilizează metoda modificării chimice. Pentru aceasta, componentele capabile să interacționeze cu fenolul și formaldehida sunt introduse în reacție în timpul preparării lor.

În primul rând, aceștia sunt întăritorii despre care s-a discutat mai devreme. Sulfații, fosfații și clorurile de amoniu sunt utilizați ca acceleratori de întărire pentru rășinile fenol-formaldehidice în cantitate de 0,1-5%.

Este posibil să se utilizeze un amestec de rășini resol și novolac. Acest lucru are ca rezultat materiale mai puțin rigide, cu proprietăți adezive mai bune.

Odată cu introducerea anilinei C6H5NH2, proprietățile dielectrice și rezistența la apă cresc, cu introducerea carbamidei CH4N2O - rezistență la lumină, cu introducerea alcoolului furilic C4H3OCH2OH - rezistență chimică. Pentru a îmbunătăți rezistența la alcali, rășinile sunt modificate cu compuși de fluorură de bor sau umplute cu grafit sau carbon și se adaugă până la 20% dicloropropanol.

Pentru a da capacitatea de a se dizolva în solvenți nepolari și de a se combina cu uleiuri vegetale, rășinile fenol-formaldehidice sunt modificate cu colofoniu C19H29COOH, alcool terț-butilic (CH3)3COH; rășinile de acest tip sunt utilizate pe scară largă ca bază pentru lacuri fenol-aldehidice.

Rășinile fenol-formaldehidă sunt combinate cu alți oligomeri și polimeri, cum ar fi poliamide, pentru a conferi o rezistență mai mare la căldură și apă, elasticitate și proprietăți adezive; cu clorură de polivinil - pentru îmbunătățirea rezistenței la apă și la substanțe chimice; cu cauciucuri nitrilice - pentru a crește rezistența la impact și rezistența la vibrații, cu polivinil butiral - pentru a îmbunătăți aderența (astfel de rășini stau la baza adezivilor precum BF). Pentru a reduce fragilitatea și tensiunile interne, se folosesc cauciucuri reactive (tiocol, fluorolon).

Rășinile fenol-formaldehidice sunt folosite pentru a modifica rășinile epoxidice pentru a le conferi acestora din urmă rezistență termică, acidă și alcalină mai mare. Este, de asemenea, posibilă modificarea rășinilor fenol-formaldehidice cu rășini epoxidice în combinație cu urotropină pentru a îmbunătăți proprietățile adezive, a crește rezistența și rezistența la căldură a produselor.

Recent, rășinile fenol-formaldehidă sunt adesea modificate cu melamină C3H6N6 pentru a obține rășini melamină-fenol-formaldehidă.

Tehnologie pentru obținerea PFS și compoziții pe baza acestora

Etape principale proces tehnologic producția de FFS și compozițiile pe baza acestora sunt prepararea amestecului de reacție, policondensarea și uscarea.

Orez. 3. Schema bloc a procesului tehnologic de producere a PFS și compoziții pe baza acestuia: 1- amestecare în reactor ermetic în vid cu încălzire simultană; 2 - policondensarea într-un răcitor tubular, colectarea distilatului și descărcarea într-un recipient comun (etapa A); 3 - deshidratarea și îndepărtarea componentelor cu greutate moleculară mică (volatile) (etapa B); 4 - solidificare în unitatea frigorifică (etapa C); 5 - obtinerea de solutii; 6 - răcirea la o vâscozitate predeterminată și separarea apei de gudron în bazin; 7 - uscare sub vid și diluare cu un solvent

Prepararea amestecului de reacție constă în topirea fenolului și obținerea de soluții apoase de catalizator. Amestecul de reacție este preparat fie în mixere de aluminiu, fie direct în reactor. Compoziția amestecului de reacție și modurile tehnologice de producție depind de tipul de rășină obținută (NS sau RS), de funcționalitatea și reactivitatea materiei prime fenolice, de pH-ul mediului de reacție al catalizatorului utilizat și de aditivii introduși.

Producția de rășini și lacuri novolac

În producția de rășini novolac, acidul clorhidric, mai rar acidul oxalic, este utilizat ca catalizator. Avantajul acidului clorhidric este activitatea sa catalitică ridicată și volatilitatea. Acidul oxalic este un catalizator mai puțin activ decât acidul clorhidric, dar procesul de policondensare în prezența lui este mai ușor de controlat, iar rășinile sunt mai ușoare și mai stabile. Are și efectul catalitic asupra procesului de policondensare acid formicîntotdeauna prezent în formol.

De obicei, pentru producerea rășinii novolac sunt utilizate următoarele rapoarte de componente (greutate h.): fenol = 100; acid clorhidric (în termeni de HC1) = 0,3; formol (în termeni de formaldehidă) = 27,4. Formalina este o soluție apoasă care conține 37-40% formaldehidă și 6-15% alcool metilic ca stabilizator.

În metoda lotului pentru obținerea NS (Fig. 4), policondensarea și uscarea sunt efectuate într-un singur reactor. Pentru policondensare, un amestec de fenol și formaldehidă este încărcat într-un reactor echipat cu o manta de schimb de căldură și un agitator de tip ancoră. În același timp, se alimentează jumătate din cantitatea necesară de acid clorhidric (catalizatorul este adăugat în părți pentru a evita reacția prea rapidă). Amestecul de reacție este agitat timp de 10 minute și se ia o probă pentru a determina pH-ul. Dacă pH-ul este în intervalul 1,6-2,2, abur este furnizat în mantaua reactorului și amestecul de reacție este încălzit la 70-75°C. O creștere suplimentară a temperaturii are loc datorită efectului termic al reacției.

Orez. 4. Sistem tehnologic obtinerea FFS in mod periodic: 1 - 3 - joje; 4 - reactor; 5 - mixer ancora; 6 - manta de schimb de caldura; 7 - frigider-condensator; 8 - colector de condens; 9 - transportor; 10 - tambur de răcire; 11 - bazin; 12 - robinet pentru alimentarea condensului reactorului; 13 - robinet pentru evacuarea apei și a componentelor volatile din reactor

Când temperatura amestecului ajunge la 90°C, agitarea este oprită și pentru a preveni fierberea rapidă, se furnizează apă de răcire în manta, a cărei alimentare este oprită după stabilirea fierberii uniforme. În acest moment, agitatorul este pornit din nou, se adaugă a doua jumătate din cantitatea totală de acid clorhidric și, după 10-15 minute, alimentarea cu abur la mantaua reactorului este reluată. Vaporii de apă și formaldehidă formați în timpul procesului de fierbere intră în condensator, din care soluția apoasă rezultată intră din nou în reactor.

Dacă în locul acidului clorhidric se folosește acid oxalic, atunci acesta este încărcat într-o cantitate de 1% în greutate de fenol sub formă de soluție apoasă de 50% și într-o singură etapă, deoarece procesul nu este la fel de intens ca în prezența acid clorhidric.

Policondensarea se finalizează când densitatea emulsiei rezultate ajunge la 1170 - 1200 kg/m3, în funcție de natura materiei prime fenolice. În plus față de densitatea rășinii rezultate, se determină capacitatea de gelificare prin încălzire la 200°C. În total, durata procesului este de 1,5-2 ore.

La sfârșitul reacției, amestecul din reactor este stratificat: rășina este colectată în partea de jos, iar apa eliberată în timpul reacției și introdusă cu formaldehidă formează stratul superior. După aceea, începe etapa de uscare a rășinii. Apa și substanțele volatile sunt distilate prin crearea unui vid în aparat și folosind un condensator pentru a le scurge într-un colector de condens. Pentru a evita transferul rășinii la frigider, vidul este crescut treptat. Temperatura rășinii la sfârșitul uscării crește treptat la 135-140°C. După terminarea uscării, urmează expunerea la temperatură ridicată (tratament termic). Sfârșitul uscării și tratamentului termic este determinat de punctul de picurare al rășinii, care ar trebui să fie în intervalul 95-105°C.

Lubrifiantul se introduce în rășina finită (pentru unele tipuri de pulberi de presare), se amestecă timp de 15-20 de minute și se toarnă pe un tambur de răcire. Rășina este zdrobită, intră în transportorul suflat cu aer, unde în cele din urmă este răcită, după care este ambalată în pungi de hârtie.

Pentru a obține un lac, rășina uscată se dizolvă în alcool etilic, care, la sfârșitul procesului de uscare, se toarnă direct în reactor. Înainte de dizolvare, alimentarea cu abur către manta este oprită și frigiderul este comutat pe invers. Adesea, formaldehida este co-condensată cu fenol și anilină. Rășinile astfel obținute sunt lianți pentru pulberi de presare, din care se obțin produse cu proprietăți dielectrice sporite. O proprietate negativă a rășinilor anilinofenol-formaldehidă este capacitatea lor de a se aprinde spontan în timpul procesului de fabricație și atunci când sunt drenate.

Obținerea NS în mod continuu (vezi Fig. 7) se realizează în aparate cu coloană care funcționează pe principiul amestecării „ideale” și formate din trei sau patru secțiuni, numite sertare. Un amestec de fenol, formol și o parte de acid clorhidric este preparat într-un mixer separat și introdus în sertarul superior, unde este amestecat din nou. După aceea, amestecul reacţionat parţial trece prin conducta de preaplin din partea superioară a sertarului în partea inferioară a sertarului următor, trecând secvenţial prin toate secţiunile aparatului. În același timp, o porție suplimentară de acid clorhidric este furnizată în fiecare sertar și amestecul este amestecat. Procesul se realizează la punctul de fierbere al amestecului, egal cu 98-100°C.

Orez. 5. Schema tehnologica de obtinere a FFS in mod continuu: 1 - reactor coloana; 2.4 - frigidere; 3 - mixer; 5 - uscător (schimbător de căldură); 6 - receptor de rășină; 7 - colector; 8 - vas florentin; 9 - vas cu unelte; 10 - tambur de răcire; 11 - transportor

Emulsia apă-rășină din țargii inferioare intră în separator, care este un vas florentin, pentru separare. Partea de apă din partea superioară a separatorului este alimentată în bazin și apoi pentru purificare ulterioară, iar partea de rășină din separator și bazin este pompată de o pompă cu angrenaje în spațiul tubular al schimbătorului de căldură, în spațiul inelar. din care abur de încălzire este furnizat sub o presiune de 2,5 MPa. Rășina sub formă de peliculă subțire se deplasează de-a lungul suprafeței tuburilor schimbătoare de căldură, încălzindu-se până la o temperatură de 140-160°C. Amestecul rezultat de rășină și substanțe volatile intră în receptorul de rășină - standardizator. Aici, substanțele volatile sunt îndepărtate din rășină și îndepărtate prin partea superioară a aparatului pentru condensare ulterioară și alimentare la mixer pentru amestecul de reacție inițial.

Rășina fierbinte din recipientul de rășină este scursă pe un tambur, care este răcit cu apă din interior și din exterior. Rezultatul este o peliculă subțire de rășină, care este alimentată către un transportor în mișcare, unde are loc răcirea finală și evaporarea apei. Rășina finită poate fi ambalată sau amestecată cu aditivi pentru a obține diverse compoziții.

Producția de rășini și lacuri de rezoluție

În producția de rășini rezol, o soluție apoasă de amoniac este utilizată în principal ca catalizator. Cu un exces mai mare de formaldehidă, rolul catalizatorilor poate fi jucat de NaOH, KOH sau Ba(OH)2.

De obicei, răşina rezol este obţinută în următoarele rapoarte de componente, (greutate): fenol = 100; amoniac (sub formă de soluție apoasă) = 1 - 1,5; formaldehidă = 37.

Schema tehnologică de obținere a rășinilor rezol este în mare măsură similară cu schema de obținere a rășinilor novolac (vezi figurile 6 și 7), totuși, există unele diferențe. Deoarece efectul termic al reacțiilor de obținere a rășinilor rezol este mult mai mic decât în sinteza rășinilor novolac, catalizatorul este introdus în amestecul de reacție într-o singură etapă. Pregătirea rășinii este determinată prin determinarea vâscozității și a indicelui de refracție.

Uscarea rășinii începe sub vid (93 kPa) la o temperatură de 80°C cu o creștere treptată a presiunii și a temperaturii (până la 90-100°C) spre sfârșitul procesului. Controlul uscării se realizează prin determinarea timpului de gelificare a rășinii la 150°C.

La obținerea rășinilor rezol, este important să nu se depășească temperatura și să se mențină cu strictețe timpul, deoarece dacă nu este respectat regimul temperatură-timp, poate începe gelificarea rășinii în reactor. Pentru a evita gelificarea rășinii uscate, aceasta este răcită rapid imediat după scurgerea din reactor. Pentru a face acest lucru, este turnat în mașini frigidere, care sunt cărucioare cu plăci metalice goale verticale. Rășina este drenată în așa fel încât să existe apă de răcire în cavitățile plăcilor adiacente.

Lacurile și rășinile anilinofenol-formaldehidice pe bază de rezoluție sunt preparate în același mod ca și compozițiile pe bază de rășini novolac.

Producția de rășini rezol emulsie

Rășinile rezolutive în emulsie sunt obținute dintr-un amestec de fenol sau crezol cu formol în prezența unui catalizator, care este cel mai adesea folosit ca Ba(OH)2. Amestecul de reacție este încălzit în reactor la 50-60°C, după care este încălzit datorită efectului termic al reacției. Temperatura amestecului este menținută în intervalul de 70-80°C și în caz de supraîncălzire, apa de răcire este furnizată în mantaua reactorului. Sinteza este finalizată când vâscozitatea rășinii la 20°C atinge valori de 0,16-0,2 Pa.s.

După aceea, amestecul de reacție este răcit la 30-45 ° C și apoi introdus într-un bazin pentru a separa partea superioară a apei, sau rășina este uscată sub vid până la o vâscozitate de 0,4 Pa.s, urmată de diluare cu un mic cantitatea de acetonă. Trebuie avut în vedere faptul că este posibilă o policondensare spontană ulterioară a rășinii de emulsie rezultată, pentru a evita ca aceasta să fie depozitată în recipiente frigorifice.

În producția de rășini în emulsie, NaOH este utilizat ca catalizator pentru a obține materiale de presare cu umplutură cu fibre lungi. În același timp, timpul de preparare a rășinii este de 100 de minute, urmat de răcire la o temperatură de 70-80°C prin alimentarea cu apă de răcire a mantalei reactorului. După ce rășina atinge o vâscozitate în intervalul 0,02-0,15 Pa.s, se răcește la 30-35°C, se separă de apă într-un bazin și se toarnă într-un colector răcit. Rășina finită conține până la 20% fenol liber și 20-35% apă.

Producerea de alcooli fenolici și concentrate de fenol-formaldehidă

Alcoolii fenolici sunt produși intermediari în producția de rășini rezol și sunt foarte stabili în timpul depozitării. Acestea sunt folosite pentru a obține rășini solubile, materiale de presare și impregnarea materialelor de umplutură poroase precum lemnul sau gipsul.

Pentru a obține alcooli fenolici, se folosește un reactor de același tip ca și la producerea rășinilor fenol-formaldehidice în mod periodic (vezi Fig. 4), în care se încarcă o soluție apoasă de 37%, în care raportul de formaldehidă: fenolul este 1,15: 1 și mai mare. După dizolvarea fenolului, se adaugă în reactor o soluţie apoasă concentrată de NaOH la o viteză de 1,5 în greutate. la 100 ht. fenol. Amestecul de reacţie rezultat este încălzit la 40°C prin furnizarea de abur în mantaua reactorului. Amestecul este apoi încălzit prin efectul termic al reacției. Prin alimentarea cu apă de răcire în mantaua reactorului, temperatura amestecului este menținută la 50-70°C timp de 5-12 ore. Pregătirea alcoolilor fenolici este determinată de conținutul de fenol liber (9-15% la sfârșitul procesului) sau formaldehidă liberă. La sfârșitul procesului, soluția de alcooli fenolici este răcită la 30 ° C și turnată în butoaie sau cutii de aluminiu.

Concentratul de fenol-formaldehidă simplifică, de asemenea, condițiile de transport și depozitare ale rășinilor rezol convenționale, deoarece nu se solidifică în condiții normale și nu precipită paraforma. Pe baza acestuia se obțin rășini rezolutive și materiale de presare care nu sunt inferioare ca calitate față de rășinile de rezoluție convenționale și materiale de presare obținute din acestea. În același timp, conținutul de apă din concentrat este cu 15-20% mai mic decât atunci când se utilizează o soluție apoasă 37% de formaldehidă și fenol.

Concluzie

Din informațiile prezentate în lucrare, rezultă că FFR-urile se disting printr-o mare varietate de proprietăți, fiind termoplastice sau termorigide și pot fi inițial în stare lichidă sau solidă. PFR-urile sunt bine compatibile cu majoritatea polimerilor, ceea ce deschide posibilități largi de obținere a unui material care combină avantajele mai multor polimeri.

Acest lucru explică în mare măsură prevalența materialelor plastice fenol-formaldehidă (materiale plastice fenolice), care sunt materiale compozite bazate pe FFS cu diferite materiale de umplutură. Datorită rezistenței și proprietăților sale de izolare electrică, precum și capacității de a funcționa la temperaturi ridicate și în orice condiții climatice, rășinile fenolice sunt utilizate cu succes la fabricarea de produse structurale, de frecare și antifricțiune, carcase și piese de aparate electrice, pentru a obține materiale de construcțiiși produse (inclusiv în stare de spumă), precum și în alte industrii, înlocuind oțel, sticlă și alte materiale.

Materiile prime pentru producerea de PFC și compozițiile pe bază de acestea sunt răspândite, iar tehnologiile de producție sunt relativ simple, ceea ce face posibilă obținerea lor în volume mari. Principalul dezavantaj al PFS și al compozițiilor bazate pe acestea, ceea ce limitează utilizarea lor, este toxicitatea lor relativ ridicată. Cu toate acestea, producția și utilizarea de PFC și compozițiile bazate pe acestea rămâne actuală astăzi datorită cererii pentru acest material, care poate fi explicată nu numai prin proprietățile sale operaționale, ci și prin costul relativ scăzut, rezistența la uzură și durabilitatea.

Link bibliografic

Vitkalova I.A., Torlova A.S., Pikalov E.S. TEHNOLOGII DE OBȚINERE ȘI PROPRIETĂȚI ALE RĂȘINILOR FENOLICE FORMALDEHIDICE ȘI COMPOZIȚII PE BAZĂ DE ACESTEA // Revista științifică. Știința tehnică. - 2017. - Nr. 2. - P. 15-28;
URL: https://science-engineering.ru/ru/article/view?id=1156 (data accesului: 14/02/2020). Vă aducem la cunoștință jurnale publicate de editura „Academia de Istorie Naturală”

Găsitor de cuvinte scanate

Dicţionar de cuvinte încrucişate

Rezolva anagrama online

Asistent la rezolvarea anagramelor

Joc online „Memoriază numerele”

Joc online „Contabil”

glume haioase

Ghicitori

Știați?

ghicitoare aleatorie:

acru-acru! Dar util! Și probabil cunoscut de toată lumea. El este la țară și în pădure. Voi culege și voi aduce netede, ca boabe de orez, fructe de pădure roșii...

Arată răspunsul >>

Glumă întâmplătoare:

Starea de pregătire la luptă a unității este în curs de verificare. Au venit generalii. Au examinat bucătăria, terenul de paradă, toaletele și s-au așezat la umbra copacilor să se odihnească. Brusc, comandantul unității vede un luptător doar chemat sub pistol, mergând de-a lungul aleii. Merge, un parazit, cam așa, admirând vremea. Este clar că un soldat care nu lucrează în timpul unui control este o mizerie. Comandantul unității îl cheamă:
- Hei tu, zamudonets, hai, vino aici!
Luptătorul se întoarce și, apropiindu-se de comandant cu un pas de marș, raportează:
- Tovarăşe colonel! Soldatul Zamudonets a sosit la comanda ta!
Aici inspectorii au tăcut, iar comandantul unității întreabă uimit:
- Ești soldat, chiar ai un astfel de nume de familie?
- În niciun caz, tovarăşe colonel! Dar la urma urmei, cu Chapaev toți erau șapaeviți!

Mai multe glume>>

Știați?

Proporțiile unei persoane: dimensiunea unghiei ar trebui să corespundă cu dimensiunea degetelor, ocupând aproximativ 50% din suprafața falangei superioare a degetului și, în același timp, lungimea sa ar trebui să depășească lățimea cu 10 %. La o mână de mărime medie, lungimea unghiei este de 12 mm. Creșterea unghiilor într-o lună variază de la 2,5 la 4 mm și depinde de vârsta și starea de sănătate a persoanei. Inaltime maxima unghia apare in 4 - 5 luni.

Cuvântul „rășină” se referă de obicei la o substanță groasă, vâscoasă, care este lipicioasă la atingere. Rășinile sunt naturale (de exemplu, rășină, cauciuc, chihlimbar) și sintetice. Ultimul grup include o mare varietate de materiale produse de industrie. Sunt mult mai ieftine, ușor de utilizat și foarte fiabile. Deci, în secolul al XIX-lea, rășina fenol-formaldehidă a fost produsă pentru prima dată, iar acest material rămâne încă la vârf de popularitate.

proprietățile rășinii

Rășinile fenol-formaldehidice sunt mase sintetice din grupul rășinilor fenol-aldehidice care au proprietățile termorezistente. Ecuația și formula materialului este C6H3(OH)-CH2-]n. Produsul a fost dezvoltat prin încălzirea unui amestec de formaldehidă (formalină) și fenol. Faptul că materialul este obținut prin reacția acestor componente a fost dezvăluit de omul de știință german A. Bayer în 1872. În urma interacțiunii, s-au format apă și un polimer, deși acesta din urmă era destul de fragil, iar lichidul s-a transformat rapid într-o substanță gazoasă. Ulterior, metoda de obținere a fondurilor a fost îmbunătățită prin adăugarea de făină de lemn. Acum, produsul finit include diverse materiale de umplutură care îi îmbunătățesc proprietățile.

Caracteristicile și calitățile distinctive ale rășinilor fenol-formaldehidice sunt următoarele:

după structură - oligomeri lichizi sau solizi;
mediul educațional - acid, alcalin;
izolare electrică excelentă;
rezistență ridicată la stres mecanic, deteriorare;
rezistență la coroziune;
solubilitate în hidrocarburi, cetone, solvenți cloruri, alcalii.

O caracteristică a materialului este transformarea sa într-un polimer dens reticulat cu o structură microeterogenă după întărirea completă.

Aplicarea materialului

Rășina pe bază de fenol formaldehidă este utilizată în diferite domenii ale economiei naționale. Din el sunt fabricate diferite tipuri de plastic:

cu întărire sulfonată - carbolit;
la vindecare cu acid lactic - neoleucorit;
cu participarea acidului clorhidric - rezol.

Rășina fenolică este utilizată pentru fabricarea de adezivi și lacuri, inclusiv adeziv marca BF. Este folosit pentru a crea materiale de etanșare ca liant structural, în producția de placaj, PAL. Umpluturile și impregnările pentru țesături și alte materiale sunt realizate din rășină formaldehidă.

Cu participarea produsului, se obțin diverse produse generale și speciale:

plăcuțe de frână pentru trenuri, piese pentru mașini, scări rulante de metrou;
scule abrazive;
fișe, plăci, prize, contoare, motoare, terminale și alte produse electrice;
carcase pentru telefoane, camere;
produse radio, inclusiv condensatoare;
echipamente și arme militare;
elemente neîncălzite ale aparatelor de bucătărie, ustensilelor;
textolit și getinaks - materiale pentru prelucrare ulterioară;
bijuterie, mercerie, suveniruri;
bile de biliard.

Materialul nu este utilizat pentru producerea de recipiente în contact direct cu produsele alimentare, în special cele destinate tratamentului termic.

Materialul se referă la polimeri obținuți prin metoda policondensării. Poate fi făcut din metan și metanol prin transformarea în formaldehidă și apoi combinarea cu fenol. Tehnologia este după cum urmează:

luați o soluție de formaldehidă 40% în cantitate de 3 ml;
combinat cu 2 g de fenol cristalin (conform standardului de stat, poate fi înlocuit cu 4 ml de soluție de acid carbolic, este un fenol lichid concentrat);
adăugați 3 picături de acid clorhidric în masă;
amestecul va fierbe, după care se va transforma într-o masă transparentă ca sticla (rezol);
dacă este necesară încetinirea procesului, atunci vasele cu masa sunt răcite;
rezoluția este ușor solubilă în alcool, puteți efectua un experiment pentru a clarifica calitatea masei rezultate;
daca lasi remediul pentru mai mult termen lung, va deveni vâscos, non-fluid și va înceta să se dizolve în alcool - se va transforma în mai mult material plastic rezitol;
la sfârșitul lucrării, recipientul este pus în apă clocotită, ca urmare, rășina se întărește, devine literalmente piatră, capătă o culoare roșie.

Produsul finit nu arde, ci se carbonizează încet. În acest caz, focul va deveni gălbui, se va simți un miros neplăcut de fenol. Specificații pentru a opri reacția sunt următoarele: în orice etapă (înainte de întărirea finală), se pot turna alcali, acest lucru va opri procesul de polimerizare.

Standardul de stat indică și procedura de obținere a altor substanțe în timpul producției de rășină fenol-formaldehidă. Deci, cu o creștere a cantității de fenol, se poate obține novolac. Creșterea concentrației de formaldehidă vă permite să faceți bachelită. Când se înlocuiește formalină cu acetonă cu participarea acidului clorhidric, se va obține bisfenol.

Daune materiale

În ciuda avantajelor, rășinile de acest tip pot provoca daune mari oamenilor și mediului. Pericolul lor este că în producție sunt utilizate componente toxice. Fenolul și formalina sunt otrăvitoare, iar acesta din urmă este, de asemenea, considerat un puternic cancerigen. Ambele substanțe au următoarele nocive:

deprima sistemul nervos;
provoacă erupții cutanate, dermatită;
provoacă alergii și astm bronșic.

Ce documentație de reglementare reglementează producția produsului? SanPiN reglementează cantitățile permise de migrare a acestor substanțe în produse finite. Ele sunt egale cu 0,05 mg/l pentru fenol, 0,1 mg/l pentru formaldehidă. Problema pentru mediu este eliminarea produselor realizate din astfel de rășini. Nu mai puțin importantă este protecția lucrătorilor din industriile în care sunt produși și procesați. Aceste fenol-formaldehide sunt foarte diferite de rășinile epoxidice ecologice.

Fenoplastele

Fenoplastele sunt materiale plastice care se obțin prin combinarea rășinii fenol-formaldehidă cu diferite materiale de umplutură. Procesul are loc la temperaturi ridicate, iar tipul de umplutură depinde de tipul de produs final. Fenoplastele includ, de asemenea, compoziție de adeziv fenol-bachelit, diverse produse din plastic pentru viața de zi cu zi și economia națională. Piesele pentru mașini și mașini sunt fabricate din materiale plastice fenolice. În zilele noastre, metodele de producție sunt atât de îmbunătățite încât în produse terminate sunt prezente doar urme de concentrații de substanțe nocive.

Ar putea fi util să citiți: