10实验十线性酚醛树脂的制备

高分子化学试验报告线性酚醛树脂的制备一、试验目的了解反响物的配比和反响条件对酚醛树脂构造的影响，合成线性酚醛树脂；进一步把握不同预聚体的交联方法。二、试验原理酚醛树脂是由苯酚和甲醛聚合得到的。强碱催化的聚合产物为甲阶酚醛树脂，甲醛与苯酚摩尔比为1.2-3.0:1。甲醛用36%-50%的水溶液，催化剂为1%-5NaOH或Ca(OH)80-953h。2就得到了预聚物。为了防止反响过头和凝胶化，要真空快速脱水。预聚物为固体或液体，分子量一般为500-5000，呈微酸性，其水溶性与分子量和组成有关。交联反响常在180℃下进展，并且交联和预聚物合成的化学反响是一样的。线性酚醛树脂是甲醛和苯酚以0.75-0.85:1的摩尔比聚合得到的，常以草酸或硫酸作催化剂，加热回流2-4h，聚合反响就可以完成。催化剂的用量为每100份苯酚加1-2份草酸或缺乏1份的硫酸。由于参加甲醛的量少，只能生成低分子量线性聚合物。反响混合物在高温脱水、冷却后粉碎，混入5%-15%的六亚甲基四胺，加热即快速发生交联。本试验承受酸催化，其反响机理及方程式如下：O H C H

HOH C H+

OH

CHOH2

OH OH H OH2COn H C H +

OH

HC2 + nHOn 2酚醛树脂塑料是第一个商品化的人工合成聚合物，具有高强度和尺寸稳定性好、抗冲击、抗蠕变、抗溶剂和耐湿气性能良好等优点。大多数酚醛树脂都需要加填料增加，通用级酚醛树脂常用粘土、矿物质粉和短纤维来增加，工程级酚醛级则要用玻璃纤维、石墨及聚四氟乙烯来增加使用温度可达150℃-170℃。酚醛聚合物可作为粘合剂，应用于胶合板、纤维板和砂轮，还可作为涂料，例如酚醛清漆。含有酚醛树脂的复合材料可以用于航空飞行器，它还可以做成开关、插座及机壳等。本试验在草酸存在下进展苯酚和甲醛的聚合，甲醛量相对缺乏，得到线形酚醛树脂。线形酚醛树脂可作为合成环氧树脂原料。与环氧氯内烷反响获得酚醛多环树脂，也可以作为环氧树脂的交联剂。三、化学试剂和仪器化学试剂：苯酚、甲醛水溶液、草酸、六亚甲基四胺仪器设备：三颈瓶、冷凝管、机械搅拌器、温度计四、试验装臵图五、试验步骤现象及分析项目 试验步骤 现象 分析向装臵图中所示的中的苯酚是本在常温下为无色晶体，三口瓶中参加18.5g苯无色透亮状固体，有毒，加热到45℃可融〔0.207mol，14.7ml〕不便利量取，将其化；甲醛溶液无色，有强13.8g372.5ml〔0.169mol，13ml〕，2.5ml蒸馏水和0.3g三口瓶中的溶液为溶解利于反响的进展；水合草酸。线形

底部；酚2.〔醛到90℃左右并开动搅解；随着反响的进和苯酚聚合成黏稠聚合树拌，反响混合物回流 行，温度上升，溶物因此溶液变浑浊呈乳脂1-1.5h。

液渐渐变浑浊呈乳白色，黏度增加；的 白色，黏度增加；制3.将三口瓶中反响液 将反响液倒入蒸馏反响后产物中留有肯定备倒入装有90ml蒸馏水水中时，马上消灭量的苯酚、甲醛、草酸及的烧杯中，搅拌均匀 分层现象；底层为低聚体聚合物它们易溶后，静臵，冷却至室 大量乳白色黏稠浑于水，且降低产物的黏温，分别去出水层。 浊物出去水层后，性，高聚物不溶于水，所浑浊物黏度增加；以通过加水溶解原料和低聚物，使之随水而除去，提高产物黏性和纯度；4.称取六亚甲基四胺 产物的黏度明显增参加交联剂后线性高分粉末0.5加，流淌性减小；固化

量增加，黏度增大；性变化。六、试验留意事项守试验操作步骤，以防中毒或腐蚀皮肤。反响应在通风厨中进展，由于不管是甲醛还是苯酚都有肯定的毒性，对皮肤等有肯定的腐蚀性。苯酚在空气中溶液被氧化，从而影响试验产品的颜色，因此在量取苯酚和将其参加三口瓶的过程中密封。在加原料应当把原料加完后再加热，以保证在到达较高温度时，原料有足够的时间溶解，并混合搅拌均匀。最终得到的产品应放到指定的地方，避开黏性造成水管堵塞。八、问题争论与分析在本次试验中的影响因素有哪些？答：苯酚与甲醛摩尔比的影响苯酚与甲醛的摩尔比影响历程反响和分子构造，在酸性催化反响中，苯酚应当过量尔数少于甲醛时，不能形成足够的羟甲基，使缩合反响进展到肯定程度便停顿；苯酚与甲醛的摩尔比亦影响树脂的反响速度和固化时间，摩尔比越大〔即甲醛用量增大〕树脂反响速度越快短而粘度下降储存稳定性变差；②催化剂的影响催化剂的性质、种类、用量对树脂反响速度、固化速度和产物都有影响。酸性或碱性催化剂都可加快羟甲基化速度。PH值为4时反响速度最慢。随着H+浓度增加亚甲基化速度加快固化速度亦快。苯酚与甲醛无论摩尔比大小在碱性催化剂作用下都能生成热固性酚醛树脂。酸性催化下甲醛被活化亚甲基化反响速度大于羟甲基化反响速度生成线型热塑性酚醛树脂；应温度和反响时间的影响反响温度和反响时间对酚醛树脂有很大的影响。苯酚与甲醛混合时，化学反响随即开头，但在低温下很慢，而在高温下反响速度加快。酚醛树脂的合成要缓慢地阶级性升温，反响初期升温慢些，当温度升至50-60℃时由于反响放热温度会自行上升，升温过快反响剧烈，缩聚反响不完全，致使树脂相对分子质量大小相差悬殊，游离酚含量高，树脂质量下降。反响时间投料方式的影响在弱碱的催化下，苯酚与甲醛可一次投料进展缩聚反响形成酚醛树脂；在强碱催化下，甲醛应分两次加料，与苯酚进展缩聚反响形成酚醛树脂。两次投烊可减缓反响放热，易于掌握，有利降低游离酚含量，提高树脂质量。环氧树脂能否作为线形酚醛树脂的交联剂，为什么？答：不能。由于环氧树脂分子构造含有活泼的环氧基团，可以形成三向网状构造的高聚物，对于线形酚醛树脂就不能用环氧树脂作为交联剂。线形酚醛树脂和甲阶酚醛树脂在构造上有什么差异？答：①线形酚醛树脂属于热塑性酚醛树脂，线形酚醛树脂为对位构造：OH H2C

HOHHC C22HCCH2OH 2

CH2CH2HO CH2HC2

H H2 H222C C COH OH甲阶酚醛树脂属于热固性酚醛树脂，甲阶酚醛树脂为邻位构造：反响完毕后，参加90ml蒸馏水的目的是什么？答：反响后产物中留有肯定量的苯酚、甲醛、草酸等原料，以及2、3、4聚体等低聚合物，他们易溶于水，且使得产物的黏度降低，而高聚物不溶于水，所以通过加水溶解原料和低聚物，使他们随水而除去，提高产物黏性和纯度。在酸和碱条件下酚醛树脂的合成机理有什么区分？答酸性催化剂的反响 在酸性催化反响中，一般采均用苯酚与甲醛的摩尔比大于1：0.9，生成的羟甲基与酚核的缩合速度远远超过甲醛与苯酚的加成速度，得到的树脂呈线型构造，是可熔的。因此称为热塑性酚醛树脂或线型酚醛树脂。反响机理和反响方程式如下：O H C HO

HOH C H+OH

OH

CHOH2OHH

OH OH H OH2Cn H

H + n

C2 + nHOn 2②碱性催化剂的反响 甲醛在碱性催化剂条件下，加成反响占优势，而缩合反响进展较慢，生成的初期树脂为甲阶酚醛树脂，主要反响机理和反响方程式如下：OH O- O O ONaOHO-

- --O- O -Oδ δ+ HO CH-

-CHO

CHOHOO -δ δ+

2 2O O-O CH2-