Химия

 


 

Производство

Сырье и энергия
Сера и серная кислота
Связанный азот
Удобрения и химикаты
Силикаты
Кислоты щелочи хлор
Металлы
Алюминий
Чугун и сталь
Полупроводники
Топливо
Органический синтез
Синтетические соединения



Яндекс.Метрика

Феноло-формальдегидные смолы и пластмассы на их основе (фенопласты)

Феноло-формальдегидные смолы являются карбоцепными соединениями и получаются путем поликонденсации из фенола (а также из его гомологов — крезолов, ксиленолов) и формальдегида в присутствии катализаторов. Они были получены впервые А. Байером в 1872 г., но промышленное производство их было осуществлено Л. Бэкелендом лишь в 1907 г., а у нас Г. С. Петровым в 1912 г. Сырьем для их получения являются: 1) фенол — как синтетический, получаемый из бензола, так и выделяемый из каменноугольной смолы, а также так называемый трикрезол (смесь всех трех изомерных крезолов, с содержанием 40—50% мета-изомера) из той же смолы и 2) формалин.
В зависимости от соотношения фенола и формальдегида и главным образом от природы добавляемого катализатора может получиться один из двух видов смол:
а) так называемые новолачные смолы образуются при небольшом избытке фенола (7 молей фенола: б молей СНаО) с применением в качестве катализатора кислоты, обычно соляной, реже щавелевой при рН ~ 1,5—2,2. Сначала в результате взаимодействия фенола с СНО при нагревании образуется преимущественно о-оксибензиловый спирт (наряду с ним и л-изомер); затем молекулы этого спирта конденсируются друг с другом и в конце с молекулой фенола с выделением воды.
Общее число бензольных колец у полимергомологов составляет всего лишь 5—10, что отвечает молекулярному весу 500—1000. Новолачные смолы — термопластичные, молекулы их имеют линейную структуру;
б) так называемые резольные смолы образуются при небольшом избытке формальдегида (6 молей фенола: 7 молей СН20) с применением в качестве катализатора основания — чаще всего аммиака в виде 20—25% аммиачной воды, реже NOH. В щелочной среде при осторожном нагревании образуется, помимо о-оксибензилового спирта (а также и л-изомера), соединение с двумя группами СН2ОН в молекуле, вследствие чего часть фенола не используется; в дальнейшем молекулы этих соединений конденсируются друг с другом с образованием резольной смолы (резола),
Образуется неплавкий и не растворимый ни в каких растворителях резит. Новолачные смолы не могут самопроизвольно превратиться в такой продукт, так как у них отсутствуют реакционноспособные группы СН2ОН; однако после добавления отвердителя — уротропина (CH2)6N4 — и нагревания протекает реакция замещения двух подвижных атомов водорода в двух бензольных кольцах соседних молекул на один мостик СН2 из уротропина, а атомы азота его молекул, соединяясь с этими Н-атомами, образуют NH3. Следовательно, и здесь возникает аналогичная трехмерная структура резита.
Получение резольных смол и пластмасс на их основе. До настоящего времени получение резольных смол производится большей частью периодическим способом вследствие необходимости тщательного контроля за протеканием реакции. Процесс проводится в варочном котле из нержавеющей стали или из никеля, имеющем мешалку и рубашку для нагревания паром и охлаждения водой. Котел соединен с конденсатором 2, который может работать как обратный и как прямой, а конденсатор — со сборником конденсата 3. После загрузки реагентов смесь нагревается до 60—75°; начинается бурная экзотермическая реакция и жидкость закипает, причем производится охлаждение водой. Когда кипение закончится, на что требуется 30—45 мин., осторожно отгоняют в вакууме воду при температуре ниже 100° (конденсатор работает как прямой). После окончания сушки смола выдавливается сжатым воздухом в противни, где она затвердевает. Иногда сушку не производят, а после окончания реакции передавливают всю массу из котла в отстойник, в котором отделяется и удаляется слой воды. Полученная таким путем смола, содержащая значительное количество воды в виде эмульсии, называется эмульсионной. Вода из нее удаляется в процессе изготовления изделий.
Важнейшим применением резольных смол является получение из них слоистых фенопластов; для этого пропитывают спиртовым раствором безводной смолы (так называемым лаком) или непосредственно эмульсионной смолой хлопчатобумажную ткань, стеклянное волокно, бумагу или фанерный березовый шпон (из которого склеиванием нескольких его слоев изготовляется фанера); затем материал высушивают, режут на листы, складывают или свертывают несколько листов вместе и подвергают прессованию на гидравлическом прессе при 150—170° и 70—150ат. при этом пачки листов помещают между плитами пресса или в пресс-формах. Плиты нагреваются паром или посредством электрического тока. Длительность прессования зависит от толщины слоя изделия: на каждый миллиметр требуется 3—4 мин. Таким путем получают:
а)            из хлопчатобумажных тканей — текстолит, из которого изготовляют бесшумные подшипники, работающие со смазкой водой вместо смазочного масла, шестерни, шкивы, а также трубы, плиты для электроизоляции, различные детали машин;
б)           из стеклянных тканей — стеклолит (см. выше армированные стеклопласты);
в)            из бумаги — гетинакс, применяемый как хороший изолятор для изготовления различных электротехнических деталей, а также декоративных облицовочных пластин для отделки стен, для изготовления мебели и т. д.
г) из фанерного шпона — различные древесно-слоистые пластики в виде пластин или плит, которые применяются для облицовки стен, для изготовления различных деталей машин, подшипников, лодок, частей самолетов, мебели и т. д. Прочность на разрыв доходит до 4000 кг/см2, т. е. близка к прочности стали.
Резольные смолы служат также для получения фаолита, обладающего высокой химической стойкостью к действию большинства кислот и органических растворителей и широко применяемого поэтому в химической промышленности. Смолу смешивают с асбестом, графитом или песком в смесителе, обрабатывают смесь на вальцах, а затем формуют выдавливанием на червячном прессе трубы или получают на каландре пластичные листы; из них на деревянных или гипсовых формах изготовляют части насосов, ректификационных колонн, кранов, а также мешалки и т. д.; затем полученные изделия отверждаются нагреванием.
На основе резольных смол изготовляют также клеи (БФ и другие), обладающие способностью склеивать при нагревании самые различные материалы.
Получение новолачных смол и пластмасс на их основе. Новолачные смолы получаются в варочных котлах той же конструкции, что и резольные смолы, но большего размера (3—5 м3). В проведении процесса имеются также некоторые отличия: реакция поликонденсации протекает с большим выделением тепла и длительность периода кипения составляет 1—11/2 часа, а удаление воды можно производить при более высокой температуре (до 130°), так как новолачная смола не является термореактивной. Новолачные смолы используются преимущественно для изготовления прессовочных материалов, из которых изделия получают путем горячего прессования.
Прессовочные материалы — это смеси, состоящие из смолы и наполнителя, в которые вводят большей частью еще отвердитель и краситель. В зависимости от структуры наполнителя они разделяются на волокнистые пресс материалы, или волокниты с наполнителем в виде волокон (отходы хлопка — хлопковый пух, очесы; асбест; кусочки тканей) и на прессовочные порошки (сокращенно пресс порошки) — смеси порошков смолы, чаще всего новолачной, и наполнителя (древесная мука, к которой иногда добавляют каолин; реже в качестве наполнителей применяют слюду, графит, кварцевую муку).
Для получения пресс-порошков, вырабатываемых в большом количестве, новолачная смола измельчается в дробилке, а затем в шаровой мельнице, где ее смешивают с мелкоизмельченным наполнителем и другими составными частями. Смесь пропускают через вальцы или червячный пресс при 90—120° для придания ей однородности, причем смола плавится; затем смесь дробят и измельчают в порошок, из которого прессованием изготовляют таблетки строго определенного веса. Содержание смолы
в смеси составляет 40—50%, а уротропина — 5—7%. Для получения волокнитов применяют эмульсионную резольную смолу, которую смешивают с наполнителем в смесителе, а затем смесь высушивают.
Горячее прессование изделия производится на гидравлическом прессе (рис. 131) в стальной хромированной пресс-форме, состоящей из двух частей — матрицы /, полость которой служит для формования изделия, и пуансона 2, нижняя поверхность которого по размерам точно соответствует этой полости. Обе части пресс-формы закреплены в стальных плитах 3, обогреваемых паром, протекающим по внутренним каналам, или электрическим током посредством нагревательных спиралей. Одну или несколько предварительно нагретых таблеток 4 из пресс порошка помещают в нагретую матрицу и, впуская воду в цилиндр 5, под давлением опускают плунжер 6, а с ним и плиту с пуансоном. Под влиянием нагревания (160—170°) и давления пуансона (200—600am) смола расплавляется, и смесь принимает форму изделия. Вследствие превращения смолы в резит изделие затвердевает, после чего оно выталкивается из матрицы толкателем 7. Помимо одногнездной, применяются и много гнездные пресс-формы, в которых одновременно получается до 10—20 изделий. Длительность прессования определяется из расчета 20—40 сек. на каждый миллиметр толщины изделия. Прочность на разрыв изделий составляет 300—500 кг/см2. Прессованием изготовляются различные изделия массового производства, составляющие большую часть вырабатываемых фенопластов, — электротехнические изделия, детали самолетов и автомашин, мелкие детали машин, предметы домашнего обихода и т. д.



Меню раздела

Структура молекул
Способы получения синтетических высокомолекулярных соединений
Получение синтетических каучуков
Получение бутадиен-стирольного каучука
Приготовление резиновой смеси
Изготовление резиновых изделий из резиновых смесей
Состав, свойства и применение пластмасс
Феноло-формальдегидные смолы
Пластмассы на основе синтетических смол
Кремнийорганические смолы и каучуки
Химические волокна
Синтетические волокна
Искусственные волокна


 

© 2011 Химическая промышленность
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.