酚醛玻璃鋼報告

1、吉林化工學院Jilin Institute of Chemical Technology材料科學與工程學院the faculty of materials science and engineering酚醛玻璃鋼報告學生學號 學生姓名 專業(yè)班級 指導教師完成日期09150120XXX材化0901陳連發(fā)講師2012.12.12摘要高分子材料與人類生活關(guān)系是最密切的，我們吃的各種食物，穿 的各種衣物均為有機高分子材料，可以說，地球上自從有了有機體， 有了生命，就有了高分子材料。較早前的一段時間，高分子材料均是天然材料，人類無法人工合 成，生產(chǎn)因此受制于自然等各種因素，直到1907年，美國人貝克蘭德

2、(Backland L)，用有機物苯酚與甲醛在一定條件下反應(yīng)，制備了第 一種人工合成的有機高分子材料酚醛樹脂。此后，人們對酚醛樹脂有了一個全新認識，進而其有了更多應(yīng)用。本論文著重介紹酚醛樹脂及其應(yīng)用技術(shù)。關(guān)鍵詞：高分子材料酚醛樹脂應(yīng)用技術(shù)AbstractHigh polymer material had a great relation with mankind, all foods we eat and all clothing we wear are high polymer material, we can say that when the earth have life there

3、were high polymer material.For the past few decades, high polymer material still natural material, so it had so many difficulties in manufacture. Still 1907, an American call Backland L use Phenol and Formaldehyde to produce Phenolic Resins. After that, mankinds have a big knowledge about Phenolic R

4、esins and have more application.This paper will introduce some knowledge and application about Phenolic Resins.Keywords: High polymer material Phenolic Resins Application、一、 前言酚醛樹脂（Phenolic resins/PF）是一種以酚類化合物與醛類化合 物經(jīng)縮聚而成的合成樹脂在加入添加劑后而制得的高聚物。生產(chǎn)酚醛 樹脂，根據(jù)所采用原料反應(yīng)官能度、酚與醛的摩爾比及合成反應(yīng)催化 劑的不同又分為熱塑性（Novolaks）和熱固

5、性酚醛樹脂（Resoles）兩 大類產(chǎn)品，前者在無固化劑促進下具有熱可塑性，后者則不需固化劑 也具有自固化特性（甚至于常溫環(huán)境）。酚醛樹脂耐磨性好，絕緣性、耐熱性、耐蝕性也都很好。其缺點 是脆，不耐堿。由于填料不同，這類塑料的性能可以變化很大。酚醛 塑料廣泛用于制作各種電信器材和電木制品，如插頭、開關(guān)、電話機、 儀表盒等。在日用工業(yè)中可做各種用具，但注意不宜做裝食物的器皿。酚醛樹脂是被人類最早合成的一種樹脂。樹脂是高分子化合物，所以酚醛樹脂具有高分子化合物的基本特點，即：（一）相對分子質(zhì)量大，且呈現(xiàn)多分散性：（二）分子結(jié)構(gòu)有多樣性，在不同條件下可分別制成線型、支鏈型、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；（三）酚醛樹脂如

6、同高分子化合物一樣不能被加熱蒸發(fā)，過高的溫度 只能使其裂解，甚至炭化。綜上可知，即使同一種類型酚醛樹脂產(chǎn)品，其性能也是可多變的。酚醛樹脂特有的化學結(jié)構(gòu)和大分子交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)賦予了它許多優(yōu)良性能。（一）卓越的粘附性 交聯(lián)固化的酚醛樹脂由于性脆，強度 低，單獨使用幾乎沒有可能。以酚醛樹脂為粘結(jié)劑，與各種填料 或增強材料結(jié)合而成的各種各樣復合型材料卻有著優(yōu)良的物理、 化學性能和使用性能。（二）優(yōu)良的耐熱性 酚醛樹脂固化后依靠其芳香環(huán)結(jié)構(gòu)和 高交聯(lián)密度的特點而具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。酚醛樹脂在200r以下基本是穩(wěn)定的，一般可在不超過180C條件下長期使用。（三）獨特的抗燒蝕性酚醛樹脂交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有高達80%

7、 左右的理論含碳率，在無氧氣氛下的700C高溫熱解的殘?zhí)悸释?常在55%到75%之間。酚醛樹脂在更高溫度下熱解將吸收大量熱 量，同時形成具有隔熱作用的較高強度的碳化層，應(yīng)用于航天飛 行器的外部結(jié)構(gòu)，使其在返回大氣層之際起到良好的保護作用。（四）良好的阻燃性 阻燃性對于建筑材料、石油化工設(shè)備、 交通運輸工具的結(jié)構(gòu)和裝飾材料都是極為重要的性能。酚醛樹脂 制成的泡沫塑料在這些領(lǐng)域有著極高的利用價值，這是因為酚醛 樹脂有良好的阻燃性。1872年有德國化學家拜爾在實驗室首次合成出苯酚一甲醛 樹脂，這是人類創(chuàng)造出的第一種合成樹脂和第一種合成高分子化 合物。從1875年至2007年這135年間，酚醛樹脂在合

8、成理論探 討、結(jié)構(gòu)研究、品類拓展、生產(chǎn)技術(shù)提高、性能改進等各方面均 有巨大的進步，因此應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，產(chǎn)量大幅上升。下面將發(fā)展初期中的關(guān)鍵事項做一簡要介紹：1872年，德國拜爾研究出酚醛樹脂；1902年，布魯默首先制得了商品化的苯酚甲醛樹脂，命名為Laccain；19051907年，美國科學家貝克蘭德對酚醛樹脂進行系統(tǒng)、 深入研究后，發(fā)現(xiàn)在酚醛樹脂中加入木粉或某些填料可以克服酚 醛樹脂脆性大的缺點，并研究了加熱、加壓下模壓固化成型，同 年，貝克蘭德申請了關(guān)于酚醛樹脂加壓、加熱固化的專利；1910年，成立了貝克蘭德（Bakelite）公司，是世界上第一家 生產(chǎn)高分子化合物的企業(yè)。之后一百年，全

9、球經(jīng)濟和工業(yè)快速發(fā)展，酚醛樹脂及其下游材料和制品也獲得同步發(fā)展，產(chǎn)量也從1950年的十四萬噸躍升至2007年三百多萬噸。三、酚醛樹脂的化學反應(yīng)原理（一）合成原料 酚醛樹脂泛指酚（苯酚、甲酚、二甲酚、間苯二酚等）與醛（甲醛、乙醛、糠醛等）合成的樹脂，其中以苯酚與甲醛合成的 苯酚甲醛樹脂最為重要，它的產(chǎn)量占酚醛類樹脂的首位，應(yīng)用也 最為廣泛，故本論文重點以苯酚甲醛樹脂為代表。合成反應(yīng)的催化劑有酸、堿兩大類，前者多用鹽酸、草酸，有時也用磷酸、硫酸等其他酸；后者多用氨水、氫氧化鈉，有時也用氫氧化鋇、苯胺等作為輔助催化劑。此外還有用酶、其他有 機酸作為催化劑的報道。（二）合成反應(yīng)酚醛樹脂的合成反應(yīng)分為兩

10、步，首先是苯酚與甲醛的加成反 應(yīng)，隨后是縮合及縮聚反應(yīng)。即：加成反應(yīng)加成反應(yīng)縮合及縮聚反應(yīng)2,4-二羥基二苯基甲烷|2,2-二羥基二苯基甲烷I4,4-二羥基二苯基甲烷2,4-二羥基二苯基甲烷|2,2-二羥基二苯基甲烷I4,4-二羥基二苯基甲烷縮合反應(yīng)不斷進行的結(jié)果，將縮聚形成一定分子量的酚醛樹脂， 由于縮聚反應(yīng)具有逐步的特點，中間產(chǎn)物相當穩(wěn)定因而能分離而加以研究。研究發(fā)現(xiàn)，認為影響酚醛樹脂的合成、結(jié)構(gòu)及特性的主要因素為：原料的化學結(jié)構(gòu)；酚和醛的摩爾比；反應(yīng)介質(zhì)的酸、堿性；生產(chǎn)操作方法。（三）固化反應(yīng)固化的意義酚和醛在合成反應(yīng)設(shè)備中，通過加成和適當縮聚反應(yīng)所得到的樹 脂，通常都是分子量不高的低聚

11、物和各種羥甲基酚的混合體系，具有 可溶、可熔性，使其便于浸漬填充，制成各種類型的塑料用于生產(chǎn)形 態(tài)及性能多種多樣的塑料制品，也便用于黏結(jié)劑、成模劑、功能性助 劑等應(yīng)用于耐火材料、鑄造造型材料、摩擦材料、涂料、電子封裝材 料等多種應(yīng)用領(lǐng)域。然而，酚醛樹脂只有在形成交聯(lián)網(wǎng)狀（體型）結(jié)構(gòu)后才具有優(yōu)良 的使用性能，包括力學性能、電絕緣性能、化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等。熱塑性（Novolaks）樹脂的結(jié)構(gòu)，一般可表示為：n 一般為4到12,其值大小與起始反應(yīng)原料中苯酚過量多少及反應(yīng)時間有關(guān)。工業(yè)上視應(yīng)用領(lǐng)域的不同而控制掌握n的大小， 也就是分子量的大小。四、相關(guān)應(yīng)用（以高性能酚醛樹脂泡沫塑料為例）（一）發(fā)展

12、歷程20世紀40年代，在酚醛樹脂工業(yè)化生產(chǎn)逐漸日趨成熟的條件下，歐美、日本開始研究開發(fā)酚醛泡沫塑料這類低密度材料的生產(chǎn)技術(shù)， 并開始作為保溫、隔音材料應(yīng)用于建筑工業(yè)及交通工業(yè)。如德國采用 酚醛泡沫塑料作為輪船艙壁的填料及作為飛機機翼的填充料輕木的 代用品。但剛開始的一段時間，這種類型的泡沫塑料并沒有得到很好發(fā) 展，因為它的生產(chǎn)工藝較為復雜、穩(wěn)定性較差、質(zhì)地硬而脆、不宜與 食品藥品接觸等，應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。20世紀80年代以來，由于建筑業(yè)的飛速發(fā)展，高層超高層的建 筑的普及加上各種電器設(shè)備的廣泛應(yīng)用，對隔音、隔熱又阻燃的輕體 建材需求急劇上升，從而，耐熱、阻燃性優(yōu)良的酚醛塑料作為此領(lǐng)域 應(yīng)用的首

13、選，最終促進了酚醛泡沫塑料生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)與改進。近年來，酚醛泡沫塑料技術(shù)開發(fā)成果可歸納為：酚醛樹脂高性能化（韌性提高、密度下降、衛(wèi)生性改善）；各種助劑的開發(fā)及完善（克服了質(zhì)地脆、泡孔不均勻、吸水性大等缺點）應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新（連續(xù)化生產(chǎn)線，高速生產(chǎn)新工藝）。發(fā)展的主要優(yōu)勢：不使用氟利昂，不破壞臭氧層，有利于環(huán)境保護；隔熱性極好，熱導率僅為0.020W/(m - K)；燃燒指數(shù)為難燃B1級，經(jīng)受1700C火焰噴射10min后，僅發(fā)生表面炭化，產(chǎn)生的有毒氣體少；耐老化性優(yōu)良，耐曬，可耐大多數(shù)無機酸、有機酸及鹽類的 腐蝕；耐熱性好，含碳率高，作為耐燒蝕材料應(yīng)用于航天航空及軍 工業(yè)?？傊?，酚醛泡沫塑料以其優(yōu)

14、良阻燃性、熱穩(wěn)定性、隔熱性、燃燒 低毒性、耐腐蝕性、高模量等方面的特殊長處，在建筑、石油化工、 車輛船舶、航空航天工業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，使其發(fā)展進入了 一個新紀元。組成及生產(chǎn)配方組成樹脂；固化劑；一般用酸做固化劑，如硫酸、鹽酸、磷酸、苯磺酸、醋酸 等。發(fā)泡劑；一般用低沸點的烷烴，如正戊烷、正丁烷、石油醚等，發(fā) 泡效率高，價格較低，故廣為應(yīng)用。表面活性劑；又稱勻泡劑，起降低表面張力的作用，可改善非極性發(fā)泡劑和極性樹脂之間的相容性。增韌劑；用于克服酚醛泡沫塑料易粉化、易掉渣的缺點，一般以柔韌性優(yōu)良的高分子樹脂作為增韌劑。增塑劑；一般以與酚醛樹脂有較好相容性的有機化合物作為增塑劑，起到調(diào)整發(fā)泡

15、液黏度，改善泡沫塑料脆性，提高壓縮強度的作用。其他添加劑。中和劑、阻燃劑、填料、偶聯(lián)劑、著色劑等參考配方（以保溫泡沫為例）發(fā)泡配方（質(zhì)量份）泡沫密度/ （kg / m，）40506070甲階酚醛樹脂（3Pa s/25C）54668195正戊烷3.43.01.71.3鹽酸/乙二醇（1 ： 1）5.05.80.310五、生產(chǎn)工藝流程酚醛泡沫的生產(chǎn)工藝可分為間歇法、連續(xù)法、噴涂法。塊狀、板 狀及形狀簡單的泡沫塑料一般用間歇法生產(chǎn)，其工藝流程如下圖所 示。樹脂：快速攪拌混合?？焖贁嚢杌旌稀９袒撃?產(chǎn)品間歇法最大的優(yōu)點是操作簡單、設(shè)備投資少。連續(xù)法是一種高效的生產(chǎn)法，適合大規(guī)模連續(xù)制造板材，主要特 點

16、是配料、混合、澆注及成型等操作連續(xù)進行，生產(chǎn)效率高，板材質(zhì) 量穩(wěn)定，原材料耗損少，工藝流程圖略。噴涂法是一種現(xiàn)場施工方法，適合管道及建筑物保溫隔熱層的現(xiàn) 場施工，使用液壓式噴涂設(shè)備，裝備圖略。六、幾種代表性制品（一）酚醛泡沫保溫管、板;國內(nèi)主要用于大型建筑物的墻體、防火門、保溫管以及化工設(shè)備和管道的保溫領(lǐng)域使用。（二）酚醛泡沫夾芯板;多用于交通、建筑、石油化工冷庫等領(lǐng)域。（三）酚醛泡沫管件及風管組合件。應(yīng)用于各種管道的保溫工程，主要用于中央空調(diào)系統(tǒng)。結(jié)束語從古到今，材料與人類的日常生活密切相關(guān)，材料科學的發(fā)展與 進步不斷改善與提高人類的生活質(zhì)量，幾乎可以用材料的類別來劃分 不同的歷史時代，從天

17、然石器時代到陶器時代，接著是銅器時代、鐵 器時代、鋼鐵時代再到如今的新材料時代。通過此次論文寫作，通過查閱各種資料，使我對世界上最早合成 及最早工業(yè)化生產(chǎn)的酚醛樹脂有了一個初步的認識，且意識到酚醛樹 脂以其“原料廉價易得、生產(chǎn)工藝簡單、綜合性質(zhì)優(yōu)良、應(yīng)用十分廣 泛”等諸多優(yōu)點，對整個國家的國計民生，甚至對整個人類社會的發(fā) 展有著不可替代的作用，是個可靠的未來發(fā)展方向。本論文主要參考了材料科學工程概論、高性能酚醛樹脂及其 應(yīng)用技術(shù)兩本書，輔之以一些論文，加之本人的一些看法，初次作文，錯漏難免，懇請斧正！參考文獻【1】黃發(fā)榮，焦揚聲.酚醛樹脂及其應(yīng)用.北京：化學工業(yè)出版社，2003.【2】 朱永茂，等.熱固性樹脂.2003, 18（2）： 34【3】Freeman JH, Lewis C.J. Am. Chem. Soc.1954,76.2