Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ФЕНОЛО-ФОРМАЛЬДЕГИДНЫЕ СМОЛЫ

ФЕНОЛО-ФОРМАЛЬДЕГИДНЫЕ СМОЛЫ, жидкие или твердые аморфные олиго- и полимерные продукты поликонденсации фенолов с формальдегидом или его производными.

Состав, структура и св-ва феноло-формальдегидных смол определяются природой и соотношением исходных компонентов, а также условиями синтеза (среда, тип и кол-во катализатора, т-ра и т. п.).

Исходными фенолами обычно служат собственно фенол и его алифатич. производные - алкилфенолы (крезолы, ксиле-нолы, 4-трет-бугилфенол и др.; см. Алкил(арил)феноло-фор-мальдегидные смолы), имеющие два или три активных атома водорода в о- или и-положениях к гидроксильной группе. Иногда применяют также дигидроксибензолы (в частности, резорцин; см. Резорцино-алъдегидные смолы), бисфенолы и фенолфталеины, производные фенолов, содержащие ненасыщенные и др. реакционноспособные группы (винилфенолы, 4-аминофенол и др.), сложные фенолосодержащие смеси продуктов растит, происхождения (напр., таннины, продукты гидролиза лигнина), продукты пиролиза каменного угля и сланцев.

Формальдегид CH2O вводят в р-цию чаще всего в виде водного р-ра разл. концентрации, стабилизированного метанолом (формалина). Реже используют соед., выделяющие CH2O при термич. разложении или при воздействии др. реагентов,- гексаметилентетрамин (уротропин), параформ-альдегид, триоксан, диоксолан.

Поликонденсация фенолов с CH2O - сложный многостадийный экзотермич. процесс, сопровождающийся выделением в качестве побочных продуктов воды и(или) формальдегида.

Основные стадии образования феноло-формальдегидных смол: 1) Взаимод. CH2O с фенольными ядрами по активным атомам водорода с образованием фенолов, содержащих гид-роксиметилъные (метилольные) группы. 2) Конденсация этих групп между собой или с активными атомами водорода фенольных ядер с образованием метиленовых или диметилен-оксидных мостиков (см. схему).

Кислотные катализаторы резко ускоряют обе стадии процесса, а основные (щелочные) - только первую стадию, замедляя р-ции конденсации. Повышение т-ры увеличивает скорость всех р-ций, протекающих при образовании феноло-формальдегидных смол.

В зависимости от числа активных атомов водорода в фенольном ядре, молярных соотношений исходных реагентов, скорости и глубины прохождения р-ций могут образовываться многообразные промежут. и конечные продукты, различающиеся хим. составом и степенью полимеризации х - от мономерных метилолфенолов (х = 1) до густосетчатых полиметилен- или полидиметиленоксидфенолов5014-18.jpg

Промежут. мономерные или олигомерные (линейные, разветвленные и циклические) продукты конденсации фенолов с CH2O, образующиеся на начальных стадиях р-ций при избытке CH2O (и5014-19.jpg1) или на любых стадиях при его недостатке (n < 1), называются исходными (неотвержденными) феноло-формальдегидными смолами. Конечные продукты поликонденсации, образующиеся при избытке CH2O (п5014-20.jpg1), являются неплавкими и нерастворимыми густосетчатыми полимерами и называются от-вержденными феноло-формальдегидными смолами.

Технология получения и переработки феноло-формальдегидных смол всегда двух-или многостадийная. На первых стадиях осуществляется синтез исходных, смол, их хим. модификация или сочетание с др. материалами, а на последних стадиях - превращение их в отвержденные густосетчатые полимеры. При этом возможны (и практически реализуются) два пути синтеза феноло-формальдегидных смол: 1) при молярном избытке CH2O (п5014-21.jpg1) с образованием реакцион-носпособных (термореактивных) метилолфенолов (ф-ла I) и(или) олигомерных метилольных производных ф-л II и III; 2) при недостатке CH2O (п < 1) образуются аналогичные производные, не содержащие метилольные группы и не способные к дальнейшим р-циям поликонденсации без введения дополнит, кол-ва CH2O или др. реакционноспособ-ных в-в.

Феноло-формальдегидные смолы, полученные первым путем, называются резольны-ми смолами. Их синтез осуществляют в водной среде при т-ре ок. 100 0C в присут. основных катализаторов (гидроксидов Na или Ba, аммиака, реже карбоната Na или аминов), позволяющих прекращать р-ции на промежут. стадиях. Выпускают резольные феноло-формальдегидные смолы в виде водных р-ров или эмульсий (фено-лоспиртов), а также в виде твердых продуктов или р-ров в неводных р-рителях (феноло-формальдегидных лаков). Отвер-ждение резольных феноло-формальдегидных смол - продолжение р-ций конденсации метилольных групп при натр, до 130-200 0C или в присут. кислотных катализаторов - 4-CH3C6H4SO3H, C6H5SO3H и H34.

Феноло-формальдегидные смолы, полученные вторым путем, называют новолачными или термопластичными. Их обычно синтезируют в водных р-рах CH2O и фенолов, но (в отличие от резольных смол) в присут. кислотных катализаторов - соляной, серной, фосфорной, толуол- или фенилсульфоновой к-т, реже - к-т Льюиса. Новолачные феноло-формальдегидные смолы синтезируют и в расплавах фенолов, используя вместо CH2O его производные - пара-форм, гексаметилентетрамин и др. В пром-сти новолачные феноло-формальдегидные смолы выпускают в виде твердых, плавких продуктов с т-рой каплепадения 70-120 0C. Отверждают их обычно с помощью гексаметилентетрамина, реже параформа (в кол-ве 6-14% по массе) при 150-180 0C, а также изоцианатов, реагирующих с гидроксильными группами. При этом часто используют реакционноспособные (активные) р-рители (напр., фурфурол, фурфуриловый спирт), к-рые участвуют в процессах отверж-дения.

5014-22.jpg

5014-23.jpg

5014-24.jpg

Схема образования феноло-формальдегидных смол.

Специфич. типом новолачных феноло-формальдегидных смол являются т. наз. ортоноволаки (см. Новолачные смолы), обладающие повышенной скоростью отверждения. Ортоноволаки синтезируют обычным путем, но в присут. ацетатов Zn, Mg или Ca в качестве катализаторов.

Резольные и новолачные феноло-формальдегидные смолы в исходном состоянии разнообразны по составу и мол. строению, физ. и хим. св-вам. Обычно они окрашены от светло-желтого до темно-коричневого цвета; их плотность варьирует от 1,14 до 1,27 г/см3. Они хорошо растворяются в водных р-рах щелочей, фенолах, спиртах, кетонах и др. полярных р-рителях. В отвержденном состоянии резольные и новолачные феноло-формальдегидные смолы обладают близкой мол. и надмол. структурой и представляют собой густосетчатые стеклообразные полиметиленфенолы с аморфной микрогетерогенной структурой. Они относятся к жестким хрупким тепло- и термостойким полярным полимерам. Ниже приведены нек-рые типичные характеристики отвержденных феноло-формальдегидных смол:

Плотность, г/см3

1,25-1,38

Модуль упругости, ГПа

3-5

Удельная энергия роста трещин, Дж/м2

50-100

Относит, удлинение при разрыве, %

0,4-0,5

Деформационная теплостойкость, °С

140-180

Т-ра начала деструкции, 0C

250-300

Температурный коэф. линейного расширения, К'1

(6-9)·10-5

Удельная теплоемкость, кДж/(кг·К)

1,2+2,0

Коэф. теплопроводности, Вт/(м·К)

0,12+0,25

Удельное электрич. сопротивление, Ом·см

1011-1012

Диэлектрич. проницаемость

3,0+5,0

Водопоглощение за 24 ч, %

0,3+0,4

Структура и св-ва отвержденных феноло-формальдегидных смол зависят от т-ры, скорости и степени отверждения, типа и кол-ва выделяющихся летучих продуктов.

При термич. отверждении новолачных и резольных феноло-формальдегидных смол возможны образование и превращение п-хинонметидных групп -CH = C6H4= О, присутствием к-рых объясняется темный цвет этих смол. При использовании аммиака (в качестве катализатора при синтезе резольных смол) и гекса-метилентетрамина (в качестве отвердителя новолачных смол) феноло-формальдегидные смолы могут содержать также аминометилольные (NHCH2OH), аминометиленовые (CH2NHCH2) и азометино-вые (CH = N) группы.

Для направленного изменения св-в феноло-формальдегидных смол на разл. стадиях их получения применяют хим. модификацию и введение модифицирующих, в т. ч. реакционноспособных добавок. Основной способ хим. модификации феноло-формальдегидных смол - этерификация гидроксильных, фенольных или метилольных групп к-тами и их производными. Напр., в результате этерификации новолачных феноло-формальдегидных смол эпихлоргидрином получают полифункциональные эпоксидные смолы, часто называемые эпоксиново-лачными. феноло-формальдегидными смолами этерифицируют также с помощью галоген-производных углеводородов и хлорцианом.

Большое значение для применения феноло-формальдегидных смол имеет способность гидроксильных и др. ионогенных групп образовывать комплексные соед. с ионами металлов или др. катионами или анионами (см. Мономеры, Ионообменные смолы).

Мономерными модифицирующими добавками при синтезе феноло-формальдегидных смол служат амины и амиды, в первую очередь анилин, меламин, мочевина, дициандиамид, капролактам, а также активные р-рители, серо-, фосфор-, кремний- и борсодер-жащие мономеры или олигомеры. В качестве полимерных модифицирующих компонентов используют каучуки, по-ливинилацетат, полиамиды, поливинилхлорид и др. Для повышения термич. устойчивости отвержденных феноло-формальдегидных смол применяют спец. добавки (см. Стабилизация полимеров)или проводят термообработку при 200-250 0C, в результате чего происходит дополнит, сшивание звеньев смолы. Высокотемпературный пиролиз феноло-формальдегидных смол (до 1000 0C) приводит к их карбонизации с образованием прочного кокса, обычно не способного к графитизации, а образующего аморфные материалы типа стеклоуглерода при термообработке до 2000 0C.

Феноло-формальдегидные смолы используют в качестве связующих и клеев в про-из-ве композиционных материалов на основе древесины и бумаги (древесно-волокнистых и древесно-стружечных плит, фанеры, гетинаксов), тканей и др. (см. Композиционные материалы, Клеи синтетические), связующих литьевых и прессовочных материалов конструкционного и функционального назначения (см. Фенопласты), теплозвукоизолирующих пенопластов, материалов на основе минер, ваты, формовочных материалов для литейного произ-ва, абразивных и фрикционных материалов, защитных и спец. покрытий, лаков, эмалей, заливочных и пропиточных составов, наполнителей для полимерных материалов (волокон, микросфер), углерод-углеродных композиционных материалов, ионообменных смол, светочувствит. материалов (фоторезистов). Феноло-формальдегидные смолы используют в качестве вулканизующих и упрочняющих добавок в каучуках и резинах, стабилизаторов полимерных материалов, синтетич. дубителей кожи. В последних случаях часто применяют индивидуальные линейные или циклич. олигоме-тиленфенолы, к-рые служат также моделями феноло-формальдегидных смол и основой для матричного синтеза стереорегулярных, гл. обр. биологически активных соединений.

Важнейшие достоинства феноло-формальдегидных смол: низкая стоимость, доступность исходного сырья, простота технол. процессов синтеза смол и их модификации, высокая смачивающая и пропитывающая способность и р-римость, обеспечивающие возможность сочетания в исходном состоянии практически со всеми материалами, хим. инертность, тепло- и огнестойкость в отвержденном состоянии. Недостатки феноло-формальдегидных смол: токсичность основных компонентов, используемых при синтезе, и большое кол-во отходов произ-ва, оказывающих вредное воздействие на окружающую среду.

Феноло-формальдегидные смолы - первые искусственно полученные форполимеры (1907-1909). Объем их мирового произ-ва 2,5-3,0 млн. т (1989).

Лит.: Силинг M.И., в сб.: Итоги науки и техники, сер. Химия и технология высокомолекулярных соединений, т. 11, M., 1977, с. 119-U2; Б ах -ман А., Мюллер К., Фенопласты, пер. с нем., M., 1978; KH о p А., Ше и б В., Фенольньте смолы и материалы на их основе, пер. с англ., M., 1983.

П. Г. Бабаевский.

Еще по теме:

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн