Что такое фенольная смола?
Фенольные смолы обладают превосходной термостойкостью, химической стойкостью и изоляционными свойствами и используются в широком спектре приложений, таких как автомобили, электронные компоненты и изоляционные материалы. Фенольные смолы получают путем реакций полимеризации с использованием фенолов и альдегидов в качестве сырья. Их физические свойства можно изменить, изменив химическую структуру фенолов и альдегидов, используемых в качестве сырья, и добавок, добавляемых в смолу, и других факторов.
Фенольные смолы подразделяются на два типа с различной химической структурой: новолачный тип, полученный кислотной каталитической реакцией, и резольный тип, полученный щелочной каталитической реакцией. В первом случае реакция отверждения происходит при смешивании с отвердителем, таким как эпоксидная смола, и нагревании, тогда как во втором случае реакция отверждения происходит только при нагревании без отвердителя. Другие различия включают термопластичность новолачного типа и термореактивность резольного типа.
Применение фенольных смол
Фенольная смола — первый в мире искусственный пластик, изобретенный компанией Bakelite в 1907 году. Он обладает превосходной термостойкостью, химической стойкостью, изоляционными свойствами и механической прочностью и до сих пор используется во многих отраслях промышленности. Например, фенольные смолы используются в деталях высокотемпературных процессов, таких как смолы для автомобильных тормозов, а также в сталелитейной и стекольной промышленности. Они также используются в изоляционных материалах для корпусов и смолах для фоторезистов.
Фенольные смолы могут изменять свои физические свойства путем изменения химической структуры смол путем изменения структуры фенолов и альдегидов, используемых в качестве сырья, а также путем изменения добавок, таких как наполнители. Поэтому необходим выбор оптимальной фенольной смолы в соответствии с требуемыми свойствами.
Типы фенольных смол
Фенольные смолы, полученные путем реакции фенолов с альдегидами, включают «тип новолака» и «тип резола». Смолы типа новолака получаются путем реакции в присутствии кислотного катализатора и являются повторно используемыми термопластичными смолами. С другой стороны, полученный тип представляет собой одноразовую термореактивную смолу, полученную с использованием базового катализатора.
Новолачные смолы отверждаются при нагревании с отвердителем, таким как эпоксидная смола, в результате чего получается смола с высокой молекулярной массой. С другой стороны, в случае резольного типа реакция отверждения протекает при нагревании или кислоте даже в отсутствие отвердителя. Поэтому резольные смолы также могут изменяться со временем во время хранения, что приводит к более высокой молекулярной массе.
Синтез фенольных смол
Фенольные смолы получают путем присоединения-конденсации фенолов и альдегидов. Реакция фенола и формальдегида представлена здесь в качестве типичного примера.
Как упоминалось выше, полученные соединения различаются между кислотными и основными катализаторами. С кислотным катализатором происходит реакция электрофильного замещения в орто- или пара-положении ОН-группы фенола, которая реагирует с формальдегидом. После реакции происходит реакция конденсации с другим фенолом для получения новолачной смолы.
С другой стороны, когда используется основной катализатор, множественный формальдегид реагирует с бензольным кольцом фенола, образуя маслянистую смесь, называемую резолом. При нагревании растворы реагируют друг с другом, образуя термореактивную смолу, называемую смолой.
Таким образом, когда используются кислотные и основные катализаторы, места связывания и количество фенолов и альдегидов, которые реагируют, различны, а структура и физические свойства полученной фенольной смолы также различны.
Недостатки и предостережения относительно фенольных смол
Хотя фенольные смолы имеют различные преимущества, у них также есть некоторые недостатки. Например, фенольные смолы подвергаются гидролизу при контакте с сильным основанием, таким как гидроксид натрия, в присутствии воды, что приводит к деградации смолы.
Кроме того, сама фенольная смола окрашена в желтый или красновато-коричневый цвет и становится черной при окислении, поэтому существует ограничение на диапазон возможной окраски. Фенольные смолы также твёрдые, но хрупкие.