Fenolformaldehydová pryskyřice - Phenol formaldehyde resin
|
|
| Identifikátory | |
|---|---|
| ChemSpider | |
| Informační karta ECHA |
100.105.516 
|
|
Řídicí panel CompTox ( EPA )
|
|
|
Není-li uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v jejich standardním stavu (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
|
| Reference Infoboxu | |
Fenolformaldehydové pryskyřice (PF) nebo fenolové pryskyřice (také zřídka nazývané fenoplasty) jsou syntetické polymery získané reakcí fenolu nebo substituovaného fenolu s formaldehydem . Jako základ pro bakelit byly PF první komerční syntetické pryskyřice (plasty). Byly široce používány pro výrobu lisovaných výrobků včetně kulečníkových koulí, laboratorních desek a jako povlaky a lepidla . Byly najednou primárním materiálem používaným pro výrobu desek s plošnými spoji, ale byly z velké části nahrazeny epoxidovými pryskyřicemi a látkou ze skleněných vláken , stejně jako ohnivzdornými materiály desek s plošnými spoji FR-4 .
Existují dvě hlavní výrobní metody. Jeden reaguje přímo na fenol a formaldehyd za vzniku síťovaného polymeru vytvrzujícího teplo , zatímco druhý omezuje formaldehyd na výrobu prepolymeru známého jako novolak, který lze formovat a poté vytvrzovat přidáním více formaldehydu a tepla. Existuje mnoho variací jak ve výrobě, tak ve vstupních materiálech, které se používají k výrobě široké škály pryskyřic pro speciální účely.
Formace a struktura
Fenolformaldehydové pryskyřice jako skupina se tvoří krokovou polymerační reakcí, která může být buď kyselinou nebo bází katalyzována. Protože formaldehyd existuje převážně v roztoku jako dynamická rovnováha methylenglykolových oligomerů , závisí koncentrace reaktivní formy formaldehydu na teplotě a pH.
Fenol reaguje s formaldehydem na orto a para místech (místa 2, 4 a 6), což umožňuje připojení až 3 jednotek formaldehydu k kruhu. Počáteční reakce ve všech případech zahrnuje tvorbu hydroxymethylfenolu:
- HOC 6 H 5 + CH 2 O → HOC 6 H 4 CH 2 OH
Hydroxymethylová skupina je schopna reagovat buď s jiným volným ortho nebo para místem, nebo s jinou hydroxymethylovou skupinou. První reakce dává methylenový můstek a druhá tvoří etherový můstek:
- 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
Difenol (HOC 6 H 4 ), 2 CH 2 (někdy nazývá „dimer“), se nazývá bisfenolu F , což je důležitý monomer při výrobě epoxidových pryskyřic . Bisfenol-F může dále spojovat za vzniku oligomerů tri- a tetra- a vyšších fenolů.
Novolakové
Novolaky (nebo novolaky) jsou fenolformaldehydové pryskyřice s molárním poměrem formaldehydu k fenolu menším než jedna. Místo samotného fenolu se často vyrábějí z kresolů (methylfenolů). Polymerace se upraví na dokončení pomocí kyselé katalýzy, jako je kyselina sírová , kyselina šťavelová , kyselina chlorovodíková a jen zřídka, sulfonových kyselin. Fenolové jednotky jsou spojeny hlavně methylenovými a / nebo etherovými skupinami. Molekulové hmotnosti jsou v nízkých tisících, což odpovídá asi 10–20 fenolickým jednotkám. Získaný polymer je termoplastický a vyžaduje vulkanizační činidlo nebo tvrdidlo pro vytvoření termosetu .
Hexamethylenetetramin je tužidlo přidávané do síťovacího novolaku. Při teplotě vyšší než 90 ° C tvoří methylenové a dimethylenové amino můstky. Rezoly lze také použít jako tvrdidlo pro novolakové pryskyřice. V obou případech je vytvrzovací prostředek zdrojem formaldehydu, který poskytuje mosty mezi novolakovými řetězci a případně zcela zesíťuje systém.
Novolaky mají mnohostranné použití jako prostředek ke zvýšení přilnavosti pneumatik , vysokoteplotní pryskyřice, pojivo pro uhlíkaté žáruvzdorné materiály, uhlíkové brzdy, fotorezistory a jako vytvrzovací prostředek pro epoxidové pryskyřice .
Rezole
Fenolformaldehydové pryskyřice katalyzované bázemi se vyrábějí s poměrem formaldehydu k fenolu větším než jedna (obvykle kolem 1,5). Tyto pryskyřice se nazývají rezoly. Fenol, formaldehyd, voda a katalyzátor se smísí v požadovaném množství v závislosti na vytvářené pryskyřici a poté se zahřívají. První část reakce, při teplotě přibližně 70 ° C, tvoří hustý červenohnědý lepkavý materiál, který je bohatý na hydroxymethylové a benzylové etherové skupiny.
Sazba bazicky katalyzovanou reakcí nejprve se zvyšuje s pH , a dosahuje maxima při pH = 10. reaktivních je fenolát anion (C 6 H 5 O - ) vytvořené deprotonací fenolu. Záporný náboj se přemístí přes aromatický kruh a aktivuje místa 2, 4 a 6, která poté reagují s formaldehydem.
Hydroxymethylfenoly, které jsou termosety , se při zahřátí na teplotu kolem 120 ° C zesíťují za vzniku methylenových a methyletherových můstků eliminací molekul vody. V tomto bodě je pryskyřice trojrozměrná síť, která je typická pro polymerované fenolové pryskyřice. Vysoké zesíťování dává tomuto typu fenolové pryskyřice jeho tvrdost, dobrou tepelnou stabilitu a chemickou nepropustnost. Na rozdíl od novolaků, „dvoustupňové“ pryskyřice, se resoly označují jako „jednokrokové“ pryskyřice, protože se vytvrzují bez síťovadla.
Resole jsou hlavní polymerní pryskyřičné materiály široce používané pro lepení a lepení stavebních materiálů. Typickými aplikacemi jsou venkovní překližky, desky s orientovanými dřevotřískovými deskami (OSB), vrstvené kompozitní řezivo (LCL).
Zesíťování a poměr formaldehyd / fenol
Když molární poměr formaldehyd: fenol dosáhne jednoho, teoreticky je každý fenol spojen dohromady pomocí methylenových můstků, čímž se vytvoří jedna jediná molekula, a systém je zcela zesítěný. To je důvod, proč novolaky (F: P <1) neztvrdnou bez přidání síťovacích činidel, a proč rezoly se vzorcem F: P> 1 budou.
Aplikace
Fenolové pryskyřice se nacházejí v nesčetných průmyslových výrobcích. Fenolové lamináty se vyrábějí impregnací jedné nebo více vrstev základního materiálu, jako je papír, skleněná vlákna nebo bavlna, fenolickou pryskyřicí a laminováním základního materiálu nasyceného pryskyřicí za tepla a tlaku. Pryskyřice během tohoto procesu plně polymeruje (vytvrzuje) a vytváří termosetovou polymerní matrici . Volba základního materiálu závisí na zamýšleném použití hotového výrobku. Papírové fenoly se používají při výrobě elektrických komponentů, jako jsou prorážecí desky, v laminátech pro domácnost a v papírových kompozitních panelech . Skleněné fenoliky jsou zvláště vhodné pro použití na trhu vysokorychlostních ložisek . Fenolické mikro balónky se používají pro řízení hustoty. Pojivem v normálních (organických) brzdových destičkách, brzdových čelistech a spojkových kotoučích je fenolová pryskyřice. K výrobě desek se používá papír pojený syntetickou pryskyřicí vyrobený z fenolové pryskyřice a papíru. Dalším použitím fenolických pryskyřic je výroba Duroplastu používaného v automobilech Trabant.
Fenolové pryskyřice se také používají k výrobě vnější překližky běžně známé jako překližka odolná proti povětrnostním vlivům a povětrnosti (WBP), protože fenolické pryskyřice nemají teplotu tání, ale pouze bod rozkladu v teplotní zóně 220 ° C (428 ° F) a vyšší.
Fenolová pryskyřice se používá jako pojivo v komponentech odpružení budiče reproduktoru, které jsou vyrobeny z látky .
Kulečníkové koule vyšší třídy jsou vyrobeny z fenolických pryskyřic, na rozdíl od polyesterů používaných v levnějších sadách.
Někdy si lidé vybírají části fenolové pryskyřice vyztužené vlákny, protože jejich koeficient tepelné roztažnosti se těsně shoduje s koeficientem hliníku použitého pro jiné části systému, jako v časných počítačových systémech a Duramoldu .
Nizozemský malíř Han van Meegeren před pečením hotového plátna smíchal fenolformaldehyd se svými olejovými barvami, aby předstíral vysychání barvy v průběhu staletí.
Obchodní názvy
- Bakelit byl původně vyroben z fenolové pryskyřice a dřevěné mouky .
- Novotext je fenolová vyztužená bavlněnými vlákny, která používá náhodně orientovaná vlákna.
- Oasis Floral Foam je „fenolická pěna s otevřenými buňkami, která snadno absorbuje vodu a používá se jako základ pro květinové aranžmá.“
- Paxolin je papírový produkt vázaný na pryskyřici, který se dlouho používá jako základní materiál pro desky s plošnými spoji , ačkoli je v mnoha aplikacích nahrazen kompozity ze skleněných vláken.
- Tufnol je vrstvený plast dostupný jako fólie a tyče, který je vyroben z vrstev papíru nebo látky, které byly nasáklé fenolovou pryskyřicí a lisovány za tepla. Díky vysoké odolnosti vůči olejům a rozpouštědlům je vhodný pro mnoho technických aplikací.
- Ebonol je fenolová pryskyřice plněná papírem, navržená jako náhrada za ebenové dřevo u strunných a dřevěných nástrojů.
Biologický rozklad
Fenol-formaldehyd je degradován hnilobou bílé hniloby Phanerochaete chrysosporium .