酚醛玻璃钢报告

1、吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology材料科学与工程学院the faculty of materials science and engineering酚醛玻璃钢报告学生学号 学生姓名 专业班级 指导教师完成日期09150120XXX材化0901陈连发讲师2012.12.12摘要高分子材料与人类生活关系是最密切的，我们吃的各种食物，穿 的各种衣物均为有机高分子材料，可以说，地球上自从有了有机体， 有了生命，就有了高分子材料。较早前的一段时间，高分子材料均是天然材料，人类无法人工合 成，生产因此受制于自然等各种因素，直到1907年，美国人贝克兰德

2、(Backland L)，用有机物苯酚与甲醛在一定条件下反应，制备了第 一种人工合成的有机高分子材料酚醛树脂。此后，人们对酚醛树脂有了一个全新认识，进而其有了更多应用。本论文着重介绍酚醛树脂及其应用技术。关键词：高分子材料酚醛树脂应用技术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、 前言酚醛树脂（Phenolic resins/PF）是一种以酚类化合物与醛类化合 物经缩聚而成的合成树脂在加入添加剂后而制得的高聚物。生产酚醛 树脂，根据所采用原料反应官能度、酚与醛的摩尔比及合成反应催化 剂的不同又分为热塑性（Novolaks）和热固

5、性酚醛树脂（Resoles）两 大类产品，前者在无固化剂促进下具有热可塑性，后者则不需固化剂 也具有自固化特性（甚至于常温环境）。酚醛树脂耐磨性好，绝缘性、耐热性、耐蚀性也都很好。其缺点 是脆，不耐碱。由于填料不同，这类塑料的性能可以变化很大。酚醛 塑料广泛用于制作各种电信器材和电木制品，如插头、开关、电话机、 仪表盒等。在日用工业中可做各种用具，但注意不宜做装食物的器皿。酚醛树脂是被人类最早合成的一种树脂。树脂是高分子化合物，所以酚醛树脂具有高分子化合物的基本特点，即：（一）相对分子质量大，且呈现多分散性：（二）分子结构有多样性，在不同条件下可分别制成线型、支链型、网状结构；（三）酚醛树脂如

6、同高分子化合物一样不能被加热蒸发，过高的温度 只能使其裂解，甚至炭化。综上可知，即使同一种类型酚醛树脂产品，其性能也是可多变的。酚醛树脂特有的化学结构和大分子交联网状结构赋予了它许多优良性能。（一）卓越的粘附性 交联固化的酚醛树脂由于性脆，强度 低，单独使用几乎没有可能。以酚醛树脂为粘结剂，与各种填料 或增强材料结合而成的各种各样复合型材料却有着优良的物理、 化学性能和使用性能。（二）优良的耐热性 酚醛树脂固化后依靠其芳香环结构和 高交联密度的特点而具有优良的热稳定性。酚醛树脂在200r以下基本是稳定的，一般可在不超过180C条件下长期使用。（三）独特的抗烧蚀性酚醛树脂交联网状结构有高达80%

7、 左右的理论含碳率，在无氧气氛下的700C高温热解的残碳率通 常在55%到75%之间。酚醛树脂在更高温度下热解将吸收大量热 量，同时形成具有隔热作用的较高强度的碳化层，应用于航天飞 行器的外部结构，使其在返回大气层之际起到良好的保护作用。（四）良好的阻燃性 阻燃性对于建筑材料、石油化工设备、 交通运输工具的结构和装饰材料都是极为重要的性能。酚醛树脂 制成的泡沫塑料在这些领域有着极高的利用价值，这是因为酚醛 树脂有良好的阻燃性。1872年有德国化学家拜尔在实验室首次合成出苯酚一甲醛 树脂，这是人类创造出的第一种合成树脂和第一种合成高分子化 合物。从1875年至2007年这135年间，酚醛树脂在合

8、成理论探 讨、结构研究、品类拓展、生产技术提高、性能改进等各方面均 有巨大的进步，因此应用领域不断扩展，产量大幅上升。下面将发展初期中的关键事项做一简要介绍：1872年，德国拜尔研究出酚醛树脂；1902年，布鲁默首先制得了商品化的苯酚甲醛树脂，命名为Laccain；19051907年，美国科学家贝克兰德对酚醛树脂进行系统、 深入研究后，发现在酚醛树脂中加入木粉或某些填料可以克服酚 醛树脂脆性大的缺点，并研究了加热、加压下模压固化成型，同 年，贝克兰德申请了关于酚醛树脂加压、加热固化的专利；1910年，成立了贝克兰德（Bakelite）公司，是世界上第一家 生产高分子化合物的企业。之后一百年，全

9、球经济和工业快速发展，酚醛树脂及其下游材料和制品也获得同步发展，产量也从1950年的十四万吨跃升至2007年三百多万吨。三、酚醛树脂的化学反应原理（一）合成原料 酚醛树脂泛指酚（苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚等）与醛（甲醛、乙醛、糠醛等）合成的树脂，其中以苯酚与甲醛合成的 苯酚甲醛树脂最为重要，它的产量占酚醛类树脂的首位，应用也 最为广泛，故本论文重点以苯酚甲醛树脂为代表。合成反应的催化剂有酸、碱两大类，前者多用盐酸、草酸，有时也用磷酸、硫酸等其他酸；后者多用氨水、氢氧化钠，有时也用氢氧化钡、苯胺等作为辅助催化剂。此外还有用酶、其他有 机酸作为催化剂的报道。（二）合成反应酚醛树脂的合成反应分为两

10、步，首先是苯酚与甲醛的加成反 应，随后是缩合及缩聚反应。即：加成反应加成反应缩合及缩聚反应2,4-二羟基二苯基甲烷|2,2-二羟基二苯基甲烷I4,4-二羟基二苯基甲烷2,4-二羟基二苯基甲烷|2,2-二羟基二苯基甲烷I4,4-二羟基二苯基甲烷缩合反应不断进行的结果，将缩聚形成一定分子量的酚醛树脂， 由于缩聚反应具有逐步的特点，中间产物相当稳定因而能分离而加以研究。研究发现，认为影响酚醛树脂的合成、结构及特性的主要因素为：原料的化学结构；酚和醛的摩尔比；反应介质的酸、碱性；生产操作方法。（三）固化反应固化的意义酚和醛在合成反应设备中，通过加成和适当缩聚反应所得到的树 脂，通常都是分子量不高的低聚

11、物和各种羟甲基酚的混合体系，具有 可溶、可熔性，使其便于浸渍填充，制成各种类型的塑料用于生产形 态及性能多种多样的塑料制品，也便用于黏结剂、成模剂、功能性助 剂等应用于耐火材料、铸造造型材料、摩擦材料、涂料、电子封装材 料等多种应用领域。然而，酚醛树脂只有在形成交联网状（体型）结构后才具有优良 的使用性能，包括力学性能、电绝缘性能、化学稳定性、热稳定性等。热塑性（Novolaks）树脂的结构，一般可表示为：n 一般为4到12,其值大小与起始反应原料中苯酚过量多少及反应时间有关。工业上视应用领域的不同而控制掌握n的大小， 也就是分子量的大小。四、相关应用（以高性能酚醛树脂泡沫塑料为例）（一）发展

12、历程20世纪40年代，在酚醛树脂工业化生产逐渐日趋成熟的条件下，欧美、日本开始研究开发酚醛泡沫塑料这类低密度材料的生产技术， 并开始作为保温、隔音材料应用于建筑工业及交通工业。如德国采用 酚醛泡沫塑料作为轮船舱壁的填料及作为飞机机翼的填充料轻木的 代用品。但刚开始的一段时间，这种类型的泡沫塑料并没有得到很好发 展，因为它的生产工艺较为复杂、稳定性较差、质地硬而脆、不宜与 食品药品接触等，应用领域受到限制。20世纪80年代以来，由于建筑业的飞速发展，高层超高层的建 筑的普及加上各种电器设备的广泛应用，对隔音、隔热又阻燃的轻体 建材需求急剧上升，从而，耐热、阻燃性优良的酚醛塑料作为此领域 应用的首

13、选，最终促进了酚醛泡沫塑料生产技术的开发与改进。近年来，酚醛泡沫塑料技术开发成果可归纳为：酚醛树脂高性能化（韧性提高、密度下降、卫生性改善）；各种助剂的开发及完善（克服了质地脆、泡孔不均匀、吸水性大等缺点）应用技术创新（连续化生产线，高速生产新工艺）。发展的主要优势：不使用氟利昂，不破坏臭氧层，有利于环境保护；隔热性极好，热导率仅为0.020W/(m - K)；燃烧指数为难燃B1级，经受1700C火焰喷射10min后，仅发生表面炭化，产生的有毒气体少；耐老化性优良，耐晒，可耐大多数无机酸、有机酸及盐类的 腐蚀；耐热性好，含碳率高，作为耐烧蚀材料应用于航天航空及军 工业。总之，酚醛泡沫塑料以其优

14、良阻燃性、热稳定性、隔热性、燃烧 低毒性、耐腐蚀性、高模量等方面的特殊长处，在建筑、石油化工、 车辆船舶、航空航天工业等领域获得了广泛的应用，使其发展进入了 一个新纪元。组成及生产配方组成树脂；固化剂；一般用酸做固化剂，如硫酸、盐酸、磷酸、苯磺酸、醋酸 等。发泡剂；一般用低沸点的烷烃，如正戊烷、正丁烷、石油醚等，发 泡效率高，价格较低，故广为应用。表面活性剂；又称匀泡剂，起降低表面张力的作用，可改善非极性发泡剂和极性树脂之间的相容性。增韧剂；用于克服酚醛泡沫塑料易粉化、易掉渣的缺点，一般以柔韧性优良的高分子树脂作为增韧剂。增塑剂；一般以与酚醛树脂有较好相容性的有机化合物作为增塑剂，起到调整发泡

15、液黏度，改善泡沫塑料脆性，提高压缩强度的作用。其他添加剂。中和剂、阻燃剂、填料、偶联剂、着色剂等参考配方（以保温泡沫为例）发泡配方（质量份）泡沫密度/ （kg / m，）40506070甲阶酚醛树脂（3Pa s/25C）54668195正戊烷3.43.01.71.3盐酸/乙二醇（1 ： 1）5.05.80.310五、生产工艺流程酚醛泡沫的生产工艺可分为间歇法、连续法、喷涂法。块状、板 状及形状简单的泡沫塑料一般用间歇法生产，其工艺流程如下图所 示。树脂：快速搅拌混合。快速搅拌混合。固化脱模=产品间歇法最大的优点是操作简单、设备投资少。连续法是一种高效的生产法，适合大规模连续制造板材，主要特 点

16、是配料、混合、浇注及成型等操作连续进行，生产效率高，板材质 量稳定，原材料耗损少，工艺流程图略。喷涂法是一种现场施工方法，适合管道及建筑物保温隔热层的现 场施工，使用液压式喷涂设备，装备图略。六、几种代表性制品（一）酚醛泡沫保温管、板;国内主要用于大型建筑物的墙体、防火门、保温管以及化工设备和管道的保温领域使用。（二）酚醛泡沫夹芯板;多用于交通、建筑、石油化工冷库等领域。（三）酚醛泡沫管件及风管组合件。应用于各种管道的保温工程，主要用于中央空调系统。结束语从古到今，材料与人类的日常生活密切相关，材料科学的发展与 进步不断改善与提高人类的生活质量，几乎可以用材料的类别来划分 不同的历史时代，从天

17、然石器时代到陶器时代，接着是铜器时代、铁 器时代、钢铁时代再到如今的新材料时代。通过此次论文写作，通过查阅各种资料，使我对世界上最早合成 及最早工业化生产的酚醛树脂有了一个初步的认识，且意识到酚醛树 脂以其“原料廉价易得、生产工艺简单、综合性质优良、应用十分广 泛”等诸多优点，对整个国家的国计民生，甚至对整个人类社会的发 展有着不可替代的作用，是个可靠的未来发展方向。本论文主要参考了材料科学工程概论、高性能酚醛树脂及其 应用技术两本书，辅之以一些论文，加之本人的一些看法，初次作文，错漏难免，恳请斧正！参考文献【1】黄发荣，焦扬声.酚醛树脂及其应用.北京：化学工业出版社，2003.【2】 朱永茂，等.热固性树脂.2003, 18（2）： 34【3】Freeman JH, Lewis C.J. Am. Chem. Soc.1954,76.2