酚醛樹脂
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1.概述
基本性能
酚醛樹脂也叫電木，又稱電木粉。原為無色或黃褐色透明物，市場銷售往往加著色劑而呈紅、黃、黑、綠、棕、藍等顏色，有顆粒、粉末狀。耐弱酸和弱鹼，遇強酸發生分解，遇強鹼發生腐蝕。不溶於水，溶於丙酮、酒精等有機溶劑中。苯酚與甲醛縮聚而得。
分類及用途
它包括：線型酚醛樹脂、熱固性酚醛樹脂和油溶性酚醛樹脂。主要用於生產壓塑粉、層壓塑料；製造清漆或絕緣、耐腐蝕塗料；製造日用品、裝飾品；製造隔音、隔熱材料等。 常見的高壓電插座、傢具塑料把手等等
外觀
phenolic resin,簡稱PF.酚醛樹脂為黃色、透明、無定形塊狀物質，因含有游離分子而呈微紅色，比重1.25~1.30，易溶於醇，不溶於水，對水、弱酸、弱鹼溶液穩定。由苯酚和甲醛在催化劑條件下縮聚、經中和、水洗而製成的樹脂。因選用催化劑的不同，可分為熱固性和熱塑性兩類。酚醛樹脂具有良好的耐酸性能、力學性能、耐熱性能，廣泛應用於防腐蝕工程、膠粘劑、阻燃材料、砂輪片製造等行業。
2.酚醛樹脂的合成原理
酚醛樹脂也叫電木，又稱電木粉。原為無色或黃褐色透明物，市場銷售往往加著色劑而呈紅、黃、黑、綠、棕、藍等顏色，有顆粒、粉末狀。耐弱酸和弱鹼，遇強酸發生分解，遇強鹼發生腐蝕。不溶於水，溶於丙酮、酒精等有機溶劑中。苯酚與甲醛縮聚而得。它包括：線型酚醛樹脂、熱固性酚醛樹脂和油溶性酚醛樹脂。主要用於生產壓塑粉、層壓塑料；製造清漆或絕緣、耐腐蝕塗料；製造日用品、裝飾品；製造隔音、隔熱材料等。 常見的高壓電插座、傢具塑料把手等等
phenolic resin,簡稱PF，酚醛樹脂.為黃色、透明、無定形塊狀物質，因含有游離分子而呈微紅色，比重1.25~1.30，易溶於醇，不溶於水，對水、弱酸、弱鹼溶液穩定。由苯酚和甲醛在催化劑條件下縮聚、經中和、水洗而製成的樹脂。因選用催化劑的不同，可分為熱固性和熱塑性兩類。酚醛樹脂具有良好的耐酸性能、力學性能、耐熱性能，廣泛應用於防腐蝕工程、膠粘劑、阻燃材料、砂輪片製造等行業。
苯酚－甲醛樹脂是最早工業化的合成樹脂。
3.酚醛樹脂的重要性能
高溫性能
酚醛樹脂最重要的特徵就是耐高溫性，即使在非常高的溫度下，也能保持其結構的整體性和尺寸的穩定性。正因為這個原因，酚醛樹脂才被應用於一些高溫領域，例如耐火材料，摩擦材料，粘結劑和鑄造行業。
粘結強度
酚醛樹脂一個重要的應用就是作為粘結劑。酚醛樹脂是一種多功能，與各種各樣的有機和無機填料都能相容的物質。設計正確的酚醛樹脂，潤濕速度特別快。並且在交聯後可以為磨具、耐火材料，摩擦材料以及電木粉提供所需要的機械強度，耐熱性能和電性能。
水溶性酚醛樹脂或醇溶性酚醛樹脂被用來浸漬紙、棉布、玻璃、石棉和其它類似的物質為它們提供機械強度，電性能等。典型的例子包括電絕緣和機械層壓製造，離合器片和汽車濾清器用濾紙。
高殘碳率
在溫度大約為1000℃ 的惰性氣體條件下，酚醛樹脂會產生很高的殘碳，這有利於維持酚醛樹脂的結構穩定性。酚醛樹脂的這種特性，也是它能用於耐火材料領域的一個重要原因。
低煙低毒
與其他樹脂系統相比，酚醛樹脂系統具有低煙低毒的優勢。在燃燒的情況下，用科學配方生產出的酚醛樹脂系統，將會緩慢分解產生氫氣、碳氫化合物、水蒸氣和碳氧化物。分解過程中所產生的煙相對少，毒性也相對低。這些特點使酚醛樹脂適用於公共運輸和安全要求非常嚴格的領域，如礦山，防護欄和建築業等。
抗化學性
交聯後的酚醛樹脂可以抵制任何化學物質的分解。例如汽油，石油，醇，乙二醇和各種碳氫化合物。
熱處理
熱處理會提高固化樹脂的玻璃化溫度，可以進一步改善樹脂的各項性能。玻璃化溫度與結晶固體如聚丙烯的熔化狀態相似。酚醛樹脂最初的玻璃化溫度與在最初固化階段所用的固化溫度有關。熱處理過程可以提高交聯樹脂的流動性促使反應進一步發生，同時也可以除去殘留的揮發酚，降低收縮、增強尺寸穩定性、硬度和高溫強度。同時，樹脂也趨向於收縮和變脆。樹脂後處理升溫曲線將取決於樹脂最初的固化條件和樹脂系統。
4.酚醛樹脂的應用領域
1905～1909年L.H.貝克蘭對酚醛樹脂及其成型工藝進行了系統的研究，1910年在柏林呂格斯工廠建立通用酚醛樹脂公司，實現了工業生產。1911年J.W.艾爾斯沃思提出用六亞甲基四胺固化熱塑性酚醛樹脂，並製得了性能良好的塑料製品，獲得了廣泛的應用。1969年，由美國金剛砂公司開發了以苯酚－甲醛樹脂為原料製得的纖維，隨後由日本基諾爾公司投入生產。現在美國、蘇聯和中國也有生產。酚醛樹脂的生產至今不衰，1984年世界總產量約1946kt，居熱固性樹脂的首位。中國自40年代開始生產，1984年產量為77.6kt。 生產方法 常用的原料為苯酚、間苯二酚、間甲酚、二甲酚、對叔丁基或對苯基酚和甲醛、糠醛等。生產過程包括縮聚和脫水兩步。按配方將原料投入反應器並混合均勻，加入催化劑，攪拌，加熱至55～65℃，反應放熱使物料自動升溫至沸騰。此後，繼續加熱保持微沸騰（96～98℃）至終點，經減壓脫水後即可出料。近年來，開發成功連續縮聚生產酚醛樹脂新工藝。影響樹脂合成和性能的主要因素為酚與醛的化學結構、摩爾比和反應介質的pH。酚與醛的摩爾比大於或等於1時,初始產物為一羥甲基酚,縮聚時生成線型樹脂;小於1時，生成多羥甲基酚衍生物,形成的縮聚樹脂可交聯固化。反應介質的pH小於7時,生成的羥甲基酚很不穩定，易縮聚成線型樹脂；大於7時,縮聚緩慢，有利於多羥甲基酚衍生物的生成。生產熱塑性酚醛樹脂常用鹽酸、磷酸、草酸作催化劑(見酸鹼催化劑)使介質pH為0.5～1.5。為避免劇烈沸騰,催化劑可分次加入。沸騰反應時間一般為3～6h。脫水可在常壓或減壓下進行，最終脫水溫度為140～160℃。樹脂分子量為500～900。生產熱固性酚醛樹脂可用氫氧化鈉、氫氧化鋇、氨水和氧化鋅作催化劑，沸騰反應時間1～3h，脫水溫度一般不超過90℃，樹脂分子量為500～1000。強鹼催化劑有利於增大樹脂的羥甲基含量和與水的相溶性。氨催化劑能直接參加樹脂化反應，相同配方製得的樹脂分子量較高，水溶性差。氧化鋅催化劑能製得貯存穩定性好的高鄰位結構酚醛樹脂。應用 酚醛樹脂主要用於製造各種塑料、塗料、膠粘劑及合成纖維等。壓塑粉 生產模壓製品的壓塑粉是酚醛樹脂的主要用途之一。採用輥壓法、螺旋擠出法和乳液法使樹脂浸漬填料並與其他助劑混合均勻，再經粉碎過篩即可製得壓塑粉。常用木粉作填料，為製造某些高電絕緣性和耐熱性製件，也用雲母粉、石棉粉、石英粉等無機填料。壓塑粉可用模壓、傳遞模塑和注射成型法製成各種塑料製品。熱塑性酚醛樹脂壓塑粉主要用於製造開關、插座、插頭等電力零件，日用品及其他工業製品。熱固性酚醛樹脂壓塑粉主要用於製造高電絕緣製件。增強酚醛塑料 以酚醛樹脂（主要是熱固性酚醛樹脂）溶液或乳液浸漬各種纖維及其織物，經乾燥、壓製成型的各種增強塑料是重要的工業材料。它不僅機械強度高、綜合性能好，而且可進行機械加工。以玻璃纖維、石英纖維及其織物增強的酚醛塑料主要用於製造各種制動器摩擦片和化工防腐蝕塑料；高矽氧玻璃纖維和碳纖維增強的酚醛塑料是太空工業的重要耐燒蝕材料。酚醛塗料 以松香改性的酚醛樹脂、丁醇醚化的酚醛樹脂以及對叔丁基酚醛樹脂、對苯基酚醛樹脂均與桐油、亞麻子油有良好的混溶性，是塗料工業的重要原料。前兩者用於配製低、中級油漆，後兩者用於配製高級油漆。
酚醛膠 熱固性酚醛樹脂也是膠粘劑的重要原料。單一的酚醛樹脂膠性脆，主要用於膠合板和精鑄砂型的粘結。以其他高聚物改性的酚醛樹脂為基料的膠粘劑，在結構膠中佔有重要地位。其中酚醛-丁腈、酚醛-縮醛、酚醛-環氧、酚醛-環氧-縮醛、酚醛-尼龍等膠粘劑具有耐熱性好、粘結強度高的特點。酚醛-丁腈和酚醛-縮醛膠粘劑還具有抗張、抗衝擊、耐濕熱老化等優異性能，是結構膠粘劑的優良品種。酚醛纖維 主要以熱塑性線型酚醛樹脂為原料，經熔融紡絲後浸於聚甲醛及鹽酸的水溶液中作固化處理，得到甲醛交聯的體型結構纖維。為提高纖維強度和模量，可與 5％～10％聚醯胺熔混後紡絲。這類纖維為金黃或黃棕色纖維,強度為11.5～15.9cN/dtex，抗燃性能突出，極限氧指數為34,瞬間接觸近7500℃的氧-乙炔火焰，不熔融也不延燃,具有自熄性，還能耐濃鹽酸和氫氟酸,但耐硫酸、硝酸和強鹼的性能較差。主要用作防護服及耐燃織物或室內裝飾品，也可用作絕緣、隔熱與絕熱、過濾材料等，還可加工成低強度、低模量碳纖維、活性炭纖維和離子交換纖維等
熱固性酚醛樹脂在防腐蝕領域中常用的幾種形式：酚醛樹脂塗料；酚醛樹脂玻璃鋼、酚醛-環氧樹脂複合玻璃鋼；酚醛樹脂膠泥、砂漿；酚醛樹脂浸漬、壓型石墨製品。熱固性酚醛樹脂的固化形式分為常溫固化和熱固化兩種。常溫固化可使用無毒常溫固化劑NL，也可使用苯磺醯氯或石油磺酸，但後兩種材料的毒性、刺激性較大。建議使用低毒高效的NL固化劑。填料可選擇石墨粉、瓷粉、石英粉、硫酸鋇粉，不宜採用輝綠岩粉。
5.酚醛樹脂的未來發展
綠色酚醛樹脂的研究
酚醛樹脂的生產和使用會給環境帶來一定程度的污染，影響整個生態環境，然而注意或加強治理污染，包括廢水處理和廢舊酚醛樹脂產品及其複合材料的循環利用，可使酚醛樹脂健康而快速發展。
酚醛樹脂的最新發展及展望
有關酚醛樹脂的開發和研究工作，主要圍繞著增強、阻燃、低煙以及成型適用性方面開展，向功能化、精細化發展，各國科學家部以高附加值的酚醛樹脂材料為研究開發對象。
不含甲醛的環保型新酚醛樹脂
新酚醛樹脂(xylok)為高分子化合物，是由苯酚和芳烷基醚通過縮合反應而產生的,新酚醛樹脂具有良好力學性能、耐熱性能，廣泛應用於金剛石製品、砂輪片製造等行業.新酚醛樹脂粘結力強，化學穩定性好，耐熱性高，硬化時收縮小，製品尺寸穩定。粘結強度比酚醛樹脂提高20%以上，耐熱性提高100℃以上。新酚醛樹脂製品可在250℃下長期使用，製品耐濕耐鹼。
新酚醛樹脂可做為金剛石砂輪的結合劑,使用方法為: 新酚醛樹脂與酚醛樹脂按1 ：3混合使用，不僅提高了酚醛樹脂的強度，還提高了耐熱性和磨削比。如單獨使用新酚醛樹脂，砂輪的壽命是酚醛樹脂8倍，在生產工藝上比酚醛樹脂製品強度高出約30%，磨削效果也有提高.
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