热塑性酚醛树脂的固化课件.ppt
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- 塑性 酚醛树脂 固化 课件
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1、 第二章第二章 酚醛树脂类胶粘剂酚醛树脂类胶粘剂(PF)phenol formaldehyde resin adhesivesn第一节第一节 酚醛树脂胶简介酚醛树脂胶简介n一、酚醛树脂与酚醛树脂胶n1.1.酚醛树脂酚醛树脂(PF)(PF)n 酚类与醛类在碱性或酸性条件下经过缩聚反应所得到的一种高分子化合物。n酚类 + 醛类 高分子化合物(酚醛树脂)n2.2.酚醛树脂胶酚醛树脂胶n 酚醛树脂加添加剂调制而成;n 酚醛树脂 + 添加剂 酚醛树脂胶粘剂 n 酚醛树脂直接作胶。n二、酚醛树脂的分类二、酚醛树脂的分类n1.按状态分:n 溶液状(水溶性、醇溶性、水醇溶性)n 粉末状n 胶膜状 n2.按固化
2、温度分:n 高温固化(130150) n 中温固化(100105) n 低温固化(常温固化、酸固化)n (2030) n3.按用途分:n 胶接用、浸渍用 三、酚醛树脂的性能三、酚醛树脂的性能n优点:优点:n 胶合强度高,耐水性好,属高级耐水性胶;n 高温高湿下耐久性好;n 耐腐、耐酸、耐化学药品性好;n 能与多种树脂混合使用。n缺点:缺点:n 固化条件高,易透胶,胶层颜色深、脆;n 成本较高,毒性较大。 四、酚醛树脂胶的用途四、酚醛树脂胶的用途n1.胶接用:n胶合板(水泥模板、航空板、扬谷板等)n层压板(轴承、无声齿轮、梭子、打梭 板、侧板等)n纤维板(瓦楞板、硬纤板、室外型板)n刨花板(定向
3、板、室外型板)n2.浸渍用:塑贴板、竹胶板 第二节第二节 酚醛树脂的原料酚醛树脂的原料n一、苯酚一、苯酚(石炭酸、酚、phenol)n分子式: 结构式:n分子量:分子量: 9494n熔点 40.9 n结晶状n有特殊的气味,有腐蚀性和刺激性OHC6H5OHn苯酚的化学性质苯酚的化学性质:n1 1弱酸性弱酸性n这是最显著的特点,但它的酸性比H2CO3弱,与强碱能生成盐。n n n 酚钠n n n 碳酸n OHONa+NaOH+H2OOHONa+H2OCO2+NaHCO3 2与溴水反应n n3 3常温下少量溶于水,84下能以任何比例溶于水。n4 4可溶于乙醇、乙醚、丙三醇、冰醋酸、脂肪酸、松节油等有
4、机溶剂中。n5 5可溶于甲醛水溶液、碱水溶液。可溶于甲醛水溶液、碱水溶液。 OHOH+3Br2BrBrBr22n 二、甲酚二、甲酚n 分子式: CH3C6H4OH 分子量: 108.1 n甲酚有三种同分异构体:n为暗黑色液体,在水中的溶解度低于苯酚,能溶于碱水溶液、乙醇和乙醚,毒性和腐蚀性与苯酚相似。 OHCH3CH3CH3OHOH邻 甲 酚间 甲 酚对 甲 酚n三、二甲酚三、二甲酚n 分子式:(CH3)2C6H3OH n 分子量:122n 有六种同分异构体、油状物、有毒。n四、间苯二酚四、间苯二酚n 分子式:C6H4(OH)2 结构式:n 分子量:110.12 n 熔点:118,结晶状 n可
5、溶于水、醇、醚、甘油,难溶于苯等。OHOHn五、甲醛(五、甲醛(formaldehyde)n分子式:HCHO 或 CH2O n分子量:30.03 沸点19.5.n分子结构式: n n n 甲醛在常温下是气体的,甲醛气溶于水中,形成含量为3540%的甲醛水溶液,俗称“福尔马林”formalin。 HCHO 甲醛性质: 1甲醛具有毒性毒性。 2甲醛能使蛋白质变性凝固,致使生物死亡。 3歧化反应n歧化反应歧化反应自身起氧化还原反应。自身起氧化还原反应。n n n 醛 酸 醇OHHOCOHCNa2CH3OH+NaOHn4 4与氨起缩合反应与氨起缩合反应n n n n六次甲基四胺的作用:六次甲基四胺的作
6、用:n 在制胶中起缓冲剂的作用;n 在胶液贮存中延长贮存期;n 在调胶中延长胶的适用期。64CH2ONH3(CH2)6N4H2O+6 浓氨水氯 化铵六 次 甲 基四 胺 乌洛 托品 优 洛 托品n 贮存期:贮存期:在室温条件下,胶粘剂仍能保持其操作性能和所规定的质量指标的存放时间。n 适用期适用期(活性期、生活期、生活力):胶液加入固化剂(或其他助剂)调制后,在室温条件下能维持其可用性能的时间。n 固化时间:固化时间:胶液调成后,在一定温度下,胶液变成固体状态所需的时间。n5 5聚合反应聚合反应n与水生成水合物(甲醛溶于水)n n n甲醛自身聚合成多聚甲醛n n n CH2OH2O+HOCH2
7、OH甲 二醇CH2OnCH2O()n白色低温50n一般甲醛的聚合倾向聚合倾向是:n 时间越长;温度越低;浓度越高n 越易聚合。n 甲醛中加入甲醇甲醇,是起“阻聚剂阻聚剂”的作用,一般用量为6-12%。n6 6氧化反应氧化反应n 2 HCHO + + O2 2 HCOOHn贮存时间越长,酸性越大,pH值越低。 n六、糠醛六、糠醛 n分子结构式:n n n分子量:96 n 熔点:36 n 沸点:162CCCCOCHOHHHOCHO简 式 :n第三节第三节 酚醛树脂的合成原理酚醛树脂的合成原理n一、热固性酚醛树脂的合成原理一、热固性酚醛树脂的合成原理n 条件:条件:碱性 摩尔比 F/PF/P1 1
8、n1.1.加成反应加成反应(以苯酚和甲醛为例)(以苯酚和甲醛为例)n 苯酚与甲醛加成反应可形成5种羟甲基酚 n (加成产物、初产物)n生成邻位或对位的羟甲基酚(一羟甲基酚)(单元酚醇) OHCH2OHCH2OHOHOH+HOHC或加 成OHCH2OHOHOHOH或CH2OCH2OCH2OHCH2OHCH2OHCH2OHHOH2CHOH2C或OHCH2OH二羟 甲 基酚(多元酚醇)三羟 甲 基酚(一 元酚醇)一 羟 甲 基酚CH2OH(多元酚醇)n 苯酚+甲醛 各种羟甲基酚n 加成产物:各种羟甲基酚的混合物。n说明:说明:n 甲醛与苯酚反应是发生在酚羟基的邻对位。n 苯酚与甲醛加成反应后形成了羟
9、甲基。 加成n2.2.缩聚反应缩聚反应n各种羟甲基酚缩聚反应形成树脂n缩聚形式:缩聚形式:n 羟甲基酚与苯酚缩聚;n 亚甲基(次甲基)键连接(架桥) CH2OHOHOHCH2OHCH2OHOH+CH2OHH2OOHn 羟甲基酚之间缩聚na)OH或CH2OH或OHOHCH2OHCH2OHCH2OH+OHH2OOHOHOHOHCH2CH2CH2OHnb)n 二亚甲基醚键连接OHCH2OHCH2OHCH2OHOHCH2OH+OHH2OOHOHCH2CH2On 单体与多聚体之间的缩聚。n 多聚体与多聚体之间的缩聚。 n说明:说明:n 连接形式:亚甲基键(次甲基键)n 或二亚甲基醚键;n 在OH-条件下
10、,缩聚体以亚甲基键(CH2)的形式连接为主;在一定的条件下,二亚甲基键(CH2OCH2)也会向亚甲基键转化。n例: 130 n CH2OCH2 CH2CH2O 二、热塑性酚醛树脂的合成原理二、热塑性酚醛树脂的合成原理n条件:条件: 酸性 摩尔比F/P1n1.1.加成反应加成反应CH2OH2OCH2OHCH2OHOHOHOHOHOH+HH+或或CH2CH2+()羟 甲 基酚正 碳离 子(很不 稳 定)( 在酸性介质中易 质子 化)加成+n2.2.缩聚反应缩聚反应OHHOOHOH+H或CH2CH2OH+(连 锁 反 应)缩 聚n说明:说明:n 在H+条件下,缩聚反应的速率比加成反应的速率快5倍以上
11、,(即加成产物在酸性介质中不稳定);n 典型的热塑性PF树脂的摩尔比为n P:F1:0.8,平均M500。n例: n n n n三、高邻位热固性酚醛树脂的合成原理三、高邻位热固性酚醛树脂的合成原理 n (P.100)n条件:pH=46(弱酸性);n 金属离子作催化剂。n四、间苯二酚甲醛树脂的合成原理四、间苯二酚甲醛树脂的合成原理 n (P.102)n五、苯酚糠醛树脂的合成原理五、苯酚糠醛树脂的合成原理 n OHOHCHOCHOHCHOOO+OHOH2O加 成缩 聚(n) O O O O .n呋喃环 聚 合 H+ 第四节第四节 酚醛树脂的固化酚醛树脂的固化n一、热固性酚醛树脂的固化一、热固性酚醛
12、树脂的固化n 热固性酚醛树脂的树脂化过程分成三个阶段(初期、中期、末期)n 树脂化:树脂化:小分子化合物形成高分子树脂的过程,包括从初期树脂转变成末期树脂。n 这三个阶段没有明显的界限,但可以从外观和溶解性能等加以区分。n1.1.初期酚醛树脂初期酚醛树脂(甲期、A期、甲阶、A阶)n 外观:外观:粘液状(可制成粉末状)n 特点:特点:n 平均聚合度45,平均分子量约M=500600,分子以线型结构为主;n 连接位置一定在酚羟基的邻对位;n 连接形式以CH2为主,有少量的n CH2OCH2;n 树脂中有游离的羟甲基(CH2OH)。 n可根据上述特点写出初期酚醛树脂的分子结构式。n例:OHCH2OH
13、CH2OHOHOHOHCH2OHCH2OHCH2CH2CH2n性能:性能:n 分子量低(相对而言)。n 具有溶解性能,可溶于碱水溶液,形成水溶性酚醛树脂;可溶于乙醇,形成醇溶性酚醛树脂;还可溶于丙酮、酯类等有机溶剂中。n 加热可熔融,具有热塑性。 2 2. .中期酚醛树脂中期酚醛树脂(乙阶、乙期、(乙阶、乙期、B阶、阶、B期)期)n 一定条件 n 初期PF 中期PF H+、加热、存放n外观:外观:橡胶状(膏状、麦芽糖状)。n特点:特点:平均聚合度78,平均分子量M=1000,分子结构为支链型,树脂中有游离的羟甲基(CH2OH)。n性能:性能:n 不溶于碱水溶液,只能部分的溶于丙酮或醇类,主要是
14、膨胀,叫溶胀或半溶;n 受热可软化,但不能完全熔化,叫半熔。在110150,树脂像有弹性的高分子一样,可拉成长线,但冷却就变成脆性的树脂。 3 3末期酚醛树脂末期酚醛树脂(丙阶、丙期、(丙阶、丙期、C C阶、阶、C C期)期)n 一定条件n 中期PF 末期PF。n H+、加热、存放n外观:外观:坚硬的固体。n特点:特点:分子为体型结构。 n性能:性能:n 不溶不熔的坚硬固体;n 机械强度高,电绝缘性能好;n 耐水性、耐久性好;n 对酸性溶液稳定,但对碱性溶液不稳定。用2%的氢氧化钠溶液即能使结构破坏;n 加热至280,树脂就分解了,生成水、苯酚和碳化物。 n热固性酚醛树脂的固化方式:热固性酚醛
15、树脂的固化方式:n 热固化热固化(碱固化)(碱固化)n 即在加热条件下固化。n 冷固化冷固化(酸固化)(酸固化)n 即在室温条件下固化。 n 固化剂:苯磺酸、石油磺酸n注意区别:注意区别:n热固化、冷固化 指条件n热固性、热塑性 指性质n热固性树脂可以热固化,也可冷固化;n热塑性树脂只能冷固化;n热固化只能选用热固性的树脂;n冷固化可以选热固性树脂,也可选热塑性树脂 二、热塑性酚醛树脂的固化二、热塑性酚醛树脂的固化n1.热塑性酚醛树脂的特点n 软化点:85-95;n 分子量分布较宽:200-1300,平均500;n 不含活性基团;n 酚环上有活性点。n2.热塑性酚醛树脂的固化n 热塑性酚醛树脂
16、 + 醛类n (六次甲基四胺、多聚甲醛) n 热固性酚醛树脂(末期)n酚醛树脂的固化原理固化原理是:n 树脂中的活性基团羟甲基(CH2OH)进一步缩聚反应,最终使树脂交联成体型结构而固化。 第五节第五节 影响酚醛树脂质量的因素影响酚醛树脂质量的因素n一、酚类分子结构的影响一、酚类分子结构的影响n 1. 1. 酚类官能位酚类官能位n 即在酚类分子中由酚羟基致活的邻、对位。(官能位的多少即官能度)。n 酚类的官能度决定了树脂的性质:n3个官能度(如苯酚) 热固性树脂n2个官能度(如邻甲酚) 热塑性树脂n1个官能度(如2、4二甲酚) 不能形成树脂n2. 2. 酚类取代基酚类取代基n 对树脂溶解性能的
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