酚醛塑料


1.1.7.1 概述
酚类化合物和醛类化合物经缩聚反应而戍的聚合物称为酚醛树脂,其中以苯酚和甲醛为原料缩聚而成的酚醛树脂最常用。酚醛树脂的英文全称为phenol—formaldehyde resin,简称PF,是第一个工业化的合成树脂品种,由于价格低廉、原料丰富、性能独特而获得迅速发展,目前,其产量约占合成树脂总量的5%左右,在塑料中排第六,在热固性塑料中排第一。
酚醛树脂常制成如下塑料制品:PF模塑料制品、PF层压制品,PF泡沫塑料制品,PF纤维制品、PF铸造制品及PF封装材料六种,并以以前三种最为常用。
酚醛树脂具有较高的机械强度,耐热、耐磨、耐酸,电绝缘性好。耐电弧、耐烧蚀,广泛应用于电器仪表工业,近年来在航天工业中也得到一定的应用
1.1.7.2 结构和性能
酚醛树脂分为酸法酚醛树脂和碱法酚醛树脂两种。
(1)酸法酚醛树脂
酸法酚醛树脂又称热塑性酚醛树脂。其外观多为具有一定光泽的暗色固体,能反复地熔化和重新凝固,并易溶于丙酮;酒精等中,相对密度为1.2。含水量在3.5%左右。该树脂具有极少支链的直链型结构,结构通式为:
可见,有酸法酚醛树脂的大分子链中不存在或很少存在未反应的羟甲基。所以这种树脂加热时,一般仅熔化而不发生继续的缩聚反应.但这种树脂的酚环上尚存在未反应的活性点,因而,在与补加的固化剂作用时,能很快固化交联。
酸法酚醛树脂的特点是固化快、耐热性高、力学性能(弯曲强度,冲击强度除外)好,但电性能差;主要用作快速固化的压塑酚.其次是作为醇溶性涂料、胶黏剂等。
(2)碱法酚醛树脂
碱法酚醛树脂义称为热固性酚醛树脂.其外观为浅棕色的脆性固体.受热熔化,继续受热.则变成不熔不溶的体型结构.能溶于酒精等中,固化交联后则不能溶解,相对密度大约为1.6,含水量小于5%。该树脂除以固体形式存在外.还有液体树脂,乳液树脂,结构为多支链直链型,通式为:
可见,在碱法酚醛树脂的大分子链中存在较多的末反应的羟甲基,所以这种树脂加热时,会由甲阶通过乙阶变成丙阶不熔不溶的产物,但固化慢,固化后的产物中,除含有一CH2一以外,还含有较多的—CH2—O—CH2—键(特别是应用强碱性催化剂时更多),这种键不稳定,受热时,易释放出甲醛而转变成一CH2一键.
碱法酚醛树脂的特点是电性能好,弯曲强度高,但耐热性差,固化交联慢.主要用作层压塑料、泡沫塑料、碎屑塑料、蜂窝塑料、胶黏剂、涂料等,也可作压塑粉。
两种树脂的大分子中部有极性基团存在,因此都是弱极性的缩聚物,只能做低频的电绝缘材料.此外.在一定温度下固化时都要放出低分子物,故一般都需在高温(150一160℃)高压(10~30MPa)下成型.
1.1.7.3 酚醛树脂的固化
(1)酸法酚醛树脂的固化
酸法酚醛树脂是夹亚甲基的聚酚,它们自身不能进行固化反应,但一旦加入能提供亚甲基的物质,即固化剂,则可发生交联反应,生成热固性产物.
六亚甲基四胺是酸法酚醛树脂最常用的固化剂,其分子式为(CH2)6N4。用六亚甲基四胺固化酚醛模塑料时,固化速度快,制品在引高温度后有较好的刚性,不易翘曲,且固化时不放出水,制件电性能好.六亚甲基四胺的用量为树脂质量的10%~15%。用量不够会使固化速度及制品的耐热性下降;用量过多不但不能加速固化和提高制品的耐热性,反而会使耐水性与电性能降低,并可使制件发生肿胀现象。
除六亚甲基四胺外,多聚甲醛(CH2O)n和某些树脂(如环氧树脂等)也能作为酸法酚醛树脂的固化剂,但这时,与环氧树脂反应的不是酚羟基的邻对位而是酚羟基本身.
(2)碱法酚醛树脂的固化
碱法酚醛树脂的固化不需要加入固化剂,其可在加热的条件下固化,这种固化称为热固化。如前所述,甲阶碱法酚醛树脂是夹亚甲基的聚酚醇,其上还存在有许多羟甲基,在加热的情况下,它们与苯环上的氢缩合而使分子交联,同时放出相应数量的水.固化速度随固化温度、合成时的原料配比、体系酸碱度等的不同而不同,一般随体系温度的升高,固化速度提高。当合成时增加甲醛的用量,则会使树脂的固化时间缩短;增加碱性导致快速靛胶,增加酸性导致极快速地凝胶。当固化体系的pH=4时,固化反应的速度极性,一般称作“中性点”。

热固性酚醛树脂固化时.温度对固化产物的结构影响较大.低于160℃时,可部分形成醚键;高于160℃时,醚键断裂而放出甲醛,产生复杂的缩聚反应,且固化后的丙阶结构极不完整,这种结构的不均匀和缺陷是造成固化酚醛树脂性能不够高的重要原因。