高分子化学试验报告：线性酚醛树脂的制备

高分子化学试验报告08高分子〔一〕班试验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%-5%的NaOH或Ca(OH)2，在80-95℃加热反响3h。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。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。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、减压整流装置。四、试验装置五、试验步骤步骤1、向如下图装置的三口瓶中参加：19.5g苯酚〔0.207mol〕，13.8g37%甲醛水溶液〔0.169mol〕，2.5ml蒸馏水和0.3g水合草酸；2、水浴加热并开动搅拌，使溶液混合均匀，上升温度至沸腾，让反响混合物回流1.5h。3、停顿反响，拆下反响装置，把产物倒入装有90ml蒸馏水的烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀后，分别去除水层，观看产物的黏性，4、向产物中参加六次亚甲基四胺胶黏剂，充分搅拌，观看产物的黏性变化；

现象a、苯酚为红棕色，加热到40摄氏度即可熔化；b、13.7%甲醛水溶液为无色液体；、水合草酸为白色晶体，加热下，晶体溶解，溶液呈棕黄色，回流30min后，溶液很快变为咖啡色，并且黏度增加，把带有肯定黏性的流体倒入蒸馏水中，流体与蒸馏水消灭分层现象，搅拌后静置，同样分层；去水层后，流体的黏度增加；流体的颜色有微小的变化，略显粉红色；流体的黏度明显增加；

分析a、苯酚为无色或白色晶体，有特别气味，在空气中由于被氧化而显红棕色；c、水合草酸是带有2个结晶水的白色晶体，易溶于水，草酸加热很快溶解；分子量的成倍增大，使得溶液的黏度快速增加；颜色是由于分子间化学键的形成使得物质吸取光的波长转变，从而使反射到我们眼里的光颜色变化。反响后产物中留有肯定量的苯酚、甲醛、草酸以及低聚体聚合物，他们易溶于水，且降低产物的黏性，高聚物不溶于水，所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；参加交联剂后，线性高分子聚合物局部交联，分子量增加，黏度增大；由于分子间化学键的形成使得物质吸取光的波长改变，从而使反射到我们眼里的光颜色变化六、初反响状态：七、试验产品：八、影响试验的因素分析一、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，当甲醛的摩尔比小于苯酚时，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。二、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。PH4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。三、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50~600C脂质量下降。反响时间以长些为好生成的树脂相对分子量分布均匀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。九、留意事项A、在加原料应当把原料加完后在加热，保证在到达较高温度时，原料有充分的时间充分溶解，并混合搅拌均匀。B、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。C、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。十、思考题1、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！2、线形酚醛树脂和甲阶酚醛树脂在构造上有什么差异？答：B、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：A、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：390ml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；4、在酸和碱条件下酚醛树脂的合成机理有什么区分？答：一、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，主要反响历程如下：1、加成反响〔羟甲基化〕1~32、缩合反响〔亚甲基化〕：羟甲基酚进一步缩合形成初期树脂或称热固性酚醛树、甲阶树脂、一步树脂。a、苯酚与羟甲基酚进展反响生成二〔羟苯基甲烷〕b、羟甲基酚之间进展反响c、苯酚或羟甲基与二聚体或多聚体进展反响，多聚体之间进展反响。二、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。反响历程如下：a、甲醛与水结合可形成亚甲基二醇〔HOCH

OH〕，在酸性介质中，亚2甲基二醇生成羟甲基正