10實驗十線性酚醛樹脂的制備

高分子化學(xué)試驗報告線性酚醛樹脂的制備一、試驗?zāi)康牧私夥错懳锏呐浔群头错憲l件對酚醛樹脂構(gòu)造的影響，合成線性酚醛樹脂；進一步把握不同預(yù)聚體的交聯(lián)方法。二、試驗原理酚醛樹脂是由苯酚和甲醛聚合得到的。強堿催化的聚合產(chǎn)物為甲階酚醛樹脂，甲醛與苯酚摩爾比為1.2-3.0:1。甲醛用36%-50%的水溶液，催化劑為1%-5NaOH或Ca(OH)80-953h。2就得到了預(yù)聚物。為了防止反響過頭和凝膠化，要真空快速脫水。預(yù)聚物為固體或液體，分子量一般為500-5000，呈微酸性，其水溶性與分子量和組成有關(guān)。交聯(lián)反響常在180℃下進展，并且交聯(lián)和預(yù)聚物合成的化學(xué)反響是一樣的。線性酚醛樹脂是甲醛和苯酚以0.75-0.85:1的摩爾比聚合得到的，常以草酸或硫酸作催化劑，加熱回流2-4h，聚合反響就可以完成。催化劑的用量為每100份苯酚加1-2份草酸或缺乏1份的硫酸。由于參加甲醛的量少，只能生成低分子量線性聚合物。反響混合物在高溫脫水、冷卻后粉碎，混入5%-15%的六亞甲基四胺，加熱即快速發(fā)生交聯(lián)。本試驗承受酸催化，其反響機理及方程式如下：O H C H

HOH C H+

OH

CHOH2

OH OH H OH2COn H C H +

OH

HC2 + nHOn 2酚醛樹脂塑料是第一個商品化的人工合成聚合物，具有高強度和尺寸穩(wěn)定性好、抗沖擊、抗蠕變、抗溶劑和耐濕氣性能良好等優(yōu)點。大多數(shù)酚醛樹脂都需要加填料增加，通用級酚醛樹脂常用粘土、礦物質(zhì)粉和短纖維來增加，工程級酚醛級則要用玻璃纖維、石墨及聚四氟乙烯來增加使用溫度可達150℃-170℃。酚醛聚合物可作為粘合劑，應(yīng)用于膠合板、纖維板和砂輪，還可作為涂料，例如酚醛清漆。含有酚醛樹脂的復(fù)合材料可以用于航空飛行器，它還可以做成開關(guān)、插座及機殼等。本試驗在草酸存在下進展苯酚和甲醛的聚合，甲醛量相對缺乏，得到線形酚醛樹脂。線形酚醛樹脂可作為合成環(huán)氧樹脂原料。與環(huán)氧氯內(nèi)烷反響獲得酚醛多環(huán)樹脂，也可以作為環(huán)氧樹脂的交聯(lián)劑。三、化學(xué)試劑和儀器化學(xué)試劑：苯酚、甲醛水溶液、草酸、六亞甲基四胺儀器設(shè)備：三頸瓶、冷凝管、機械攪拌器、溫度計四、試驗裝臵圖五、試驗步驟現(xiàn)象及分析項目 試驗步驟 現(xiàn)象 分析向裝臵圖中所示的中的苯酚是本在常溫下為無色晶體，三口瓶中參加18.5g苯無色透亮狀固體，有毒，加熱到45℃可融〔0.207mol，14.7ml〕不便利量取，將其化；甲醛溶液無色，有強13.8g372.5ml〔0.169mol，13ml〕，2.5ml蒸餾水和0.3g三口瓶中的溶液為溶解利于反響的進展；水合草酸。線形

底部；酚2.〔醛到90℃左右并開動攪解；隨著反響的進和苯酚聚合成黏稠聚合樹拌，反響混合物回流 行，溫度上升，溶物因此溶液變渾濁呈乳脂1-1.5h。

液漸漸變渾濁呈乳白色，黏度增加；的 白色，黏度增加；制3.將三口瓶中反響液 將反響液倒入蒸餾反響后產(chǎn)物中留有肯定備倒入裝有90ml蒸餾水水中時，馬上消滅量的苯酚、甲醛、草酸及的燒杯中，攪拌均勻 分層現(xiàn)象；底層為低聚體聚合物它們易溶后，靜臵，冷卻至室 大量乳白色黏稠渾于水，且降低產(chǎn)物的黏溫，分別去出水層。 濁物出去水層后，性，高聚物不溶于水，所渾濁物黏度增加；以通過加水溶解原料和低聚物，使之隨水而除去，提高產(chǎn)物黏性和純度；4.稱取六亞甲基四胺 產(chǎn)物的黏度明顯增參加交聯(lián)劑后線性高分粉末0.5加，流淌性減小；固化

量增加，黏度增大；性變化。六、試驗留意事項守試驗操作步驟，以防中毒或腐蝕皮膚。反響應(yīng)在通風(fēng)廚中進展，由于不管是甲醛還是苯酚都有肯定的毒性，對皮膚等有肯定的腐蝕性。苯酚在空氣中溶液被氧化，從而影響試驗產(chǎn)品的顏色，因此在量取苯酚和將其參加三口瓶的過程中密封。在加原料應(yīng)當(dāng)把原料加完后再加熱，以保證在到達較高溫度時，原料有足夠的時間溶解，并混合攪拌均勻。最終得到的產(chǎn)品應(yīng)放到指定的地方，避開黏性造成水管堵塞。八、問題爭論與分析在本次試驗中的影響因素有哪些？答：苯酚與甲醛摩爾比的影響苯酚與甲醛的摩爾比影響歷程反響和分子構(gòu)造，在酸性催化反響中，苯酚應(yīng)當(dāng)過量爾數(shù)少于甲醛時，不能形成足夠的羥甲基，使縮合反響進展到肯定程度便停頓；苯酚與甲醛的摩爾比亦影響樹脂的反響速度和固化時間，摩爾比越大〔即甲醛用量增大〕樹脂反響速度越快短而粘度下降儲存穩(wěn)定性變差；②催化劑的影響催化劑的性質(zhì)、種類、用量對樹脂反響速度、固化速度和產(chǎn)物都有影響。酸性或堿性催化劑都可加快羥甲基化速度。PH值為4時反響速度最慢。隨著H+濃度增加亞甲基化速度加快固化速度亦快。苯酚與甲醛無論摩爾比大小在堿性催化劑作用下都能生成熱固性酚醛樹脂。酸性催化下甲醛被活化亞甲基化反響速度大于羥甲基化反響速度生成線型熱塑性酚醛樹脂；應(yīng)溫度和反響時間的影響反響溫度和反響時間對酚醛樹脂有很大的影響。苯酚與甲醛混合時，化學(xué)反響隨即開頭，但在低溫下很慢，而在高溫下反響速度加快。酚醛樹脂的合成要緩慢地階級性升溫，反響初期升溫慢些，當(dāng)溫度升至50-60℃時由于反響放熱溫度會自行上升，升溫過快反響劇烈，縮聚反響不完全，致使樹脂相對分子質(zhì)量大小相差懸殊，游離酚含量高，樹脂質(zhì)量下降。反響時間投料方式的影響在弱堿的催化下，苯酚與甲醛可一次投料進展縮聚反響形成酚醛樹脂；在強堿催化下，甲醛應(yīng)分兩次加料，與苯酚進展縮聚反響形成酚醛樹脂。兩次投烊可減緩反響放熱，易于掌握，有利降低游離酚含量，提高樹脂質(zhì)量。環(huán)氧樹脂能否作為線形酚醛樹脂的交聯(lián)劑，為什么？答：不能。由于環(huán)氧樹脂分子構(gòu)造含有活潑的環(huán)氧基團，可以形成三向網(wǎng)狀構(gòu)造的高聚物，對于線形酚醛樹脂就不能用環(huán)氧樹脂作為交聯(lián)劑。線形酚醛樹脂和甲階酚醛樹脂在構(gòu)造上有什么差異？答：①線形酚醛樹脂屬于熱塑性酚醛樹脂，線形酚醛樹脂為對位構(gòu)造：OH H2C

HOHHC C22HCCH2OH 2

CH2CH2HO CH2HC2

H H2 H222C C COH OH甲階酚醛樹脂屬于熱固性酚醛樹脂，甲階酚醛樹脂為鄰位構(gòu)造：反響完畢后，參加90ml蒸餾水的目的是什么？答：反響后產(chǎn)物中留有肯定量的苯酚、甲醛、草酸等原料，以及2、3、4聚體等低聚合物，他們易溶于水，且使得產(chǎn)物的黏度降低，而高聚物不溶于水，所以通過加水溶解原料和低聚物，使他們隨水而除去，提高產(chǎn)物黏性和純度。在酸和堿條件下酚醛樹脂的合成機理有什么區(qū)分？答酸性催化劑的反響 在酸性催化反響中，一般采均用苯酚與甲醛的摩爾比大于1：0.9，生成的羥甲基與酚核的縮合速度遠遠超過甲醛與苯酚的加成速度，得到的樹脂呈線型構(gòu)造，是可熔的。因此稱為熱塑性酚醛樹脂或線型酚醛樹脂。反響機理和反響方程式如下：O H C HO

HOH C H+OH

OH

CHOH2OHH

OH OH H OH2Cn H

H + n

C2 + nHOn 2②堿性催化劑的反響 甲醛在堿性催化劑條件下，加成反響占優(yōu)勢，而縮合反響進展較慢，生成的初期樹脂為甲階酚醛樹脂，主要反響機理和反響方程式如下：OH O- O O ONaOHO-

- --O- O -Oδ δ+ HO CH-

-CHO

CHOHOO -δ δ+

2 2O O-O CH2-