线型酚醛树脂制备

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1、线形酚醛树脂的制备   一、实验目的：了解反应物的配比和反应条件对酚醛树脂结构的影响，合成线形酚醛树脂；进一步掌握不同预聚体的交联方法。二、实验原理：酚醛树脂是由苯酚和甲醛聚合得到，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℃加热反应3h。就得到预聚物。为了防止反应过头和凝胶化，要真空快速脱水。预聚物为固体或液体，分子为一般500~5000，呈微酸性，其水溶性与分子量和组成有关。交联反应常

2、在180℃下进行，并且交联和预聚物合成的化学反应相同的。线形酚醛树脂是甲醛和苯酚以0.75~0.85：1的摩尔比聚合得到，常以草酸或硫酸作催化剂，加热回流2~4h，聚合反应就可以完成。催化剂的用量为每100份苯酚加1-2份草酸或不足1份的硫酸。由于加入甲醛的量少，只能生成低分子量线形聚合物。反应混合物在高温脱水、冷却后粉碎，混入5%-15%的六亚甲基四胺，加热即迅速交联。酚醛树脂塑料是第一个商品化人工合成聚合物，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

3、要加填料增强，通用级酚醛树脂常用粘土、矿物质粉和短纤维来增强，工程级酚醛则要用玻璃纤维、石墨及聚四氟乙烯来增强使用温度可达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。本实验在草酸存在下进行苯酚和甲醛聚合，甲醛量相对不足，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。与环氧氯内烷反应获得酚醛多环树脂，也可作为环氧树脂的交联剂。三、化学试剂和仪器：试剂：苯酚、甲醛水溶液、

4、草酸、六亚甲基四胺；仪器：三颈瓶、球形冷凝管、机械搅拌器、恒温水浴锅、减压蒸馏装置 四、实验注意事项：1、在加热过程中要缓慢进行加热，因苯酚要充分溶解，升温过快时，可能会出现凝胶；2、实验中，苯酚在40℃下为固体，且在空气中易被氧化，在实验过程中，先将苯酚融化后再加入到三颈瓶中，因此在加入苯酚时应快速；3、因苯酚具有腐蚀性，在实验时注意不要碰到皮肤上。五、实验步骤、现象及其解释实验步骤现象现象解释苯酚的熔点为40.4℃，因此在室温时，以固态存在。苯酚在空气中，易被氧化，氧化的部分呈粉红色。1、线形酚醛

5、树脂的预聚合，向装有机械搅拌器，回流冷凝管的温度计的三口瓶中加入19.5g苯酚13.8g37%甲醛水溶液，2.5ml蒸馏水和0.3g水合草酸。苯酚为无色油状物，加入到三口瓶中，瓶口边沿和烧杯中仍含有已结晶苯酚，水合草酸为白色晶体。部分实验组中苯酚为粉红色2、水浴加热并开动搅拌，反应混合物回流1.5h。加入90ml蒸馏水，预聚搅拌后，冷却至室温，分离水层。搅拌作用下，溶液混合均匀，约1h左右，无色溶液变为白色浊液。三口瓶瓶口部位有无色油状物。油状物为甲醛在较高温度下，蒸发时在瓶口部位遇冷凝结产生，甲醛的

6、沸点较低；白色浊物为产生的预聚物产品，。因甲醛和苯酚反应产生较低分子量的酚醛树脂，此时溶液中甲醛和苯酚的含量很低水含量较高，而预聚物为有机物不溶于水，从而从水溶液中析出。3、实验装置改为减压蒸馏，剩余部分逐步升温至150℃，同时减压至真空度为66.7Kpa~133.3Kpa，保持1h左右，除去残留水分，此时样品一经冷却即为固体，在产物保持可流动状态下，将其从烧瓶中倾出，得到无色脆性固体。  4、线形酚醛树脂的固化，加入六亚甲基四胺0.5g，在研钵中混合均匀，将粉末放入小烧杯中，小心加入使其熔融，观察流

7、动性。   六、产品：得到的产品为白色粘性物质，部分实验组为米黄色粘性物质。有两组中未得到白色或米黄色物质，而一直为透明液。 七、讨论与分析：实验过程中，部分实验组得到的线形酚醛树脂为米黄色，因为在使用的苯酚因放置时间较久，其中大部分苯酚已被氧化。1.5h后得到透明液实验组，产生上述可能原因：①实验时，添加的催化剂的量较少，反应速率较慢；②甲醛的挥发性很好，在实验时以甲醛的水溶液添加，此时添加的甲醛并不符合标签标准，甲醛的量在实验时不足，即溶液中水的含量相对较大，从而在酚醛反应时得到的羟甲基酚的量较少

8、，进一步缩合生成产物的速率降低，反应时间加长，水溶液含量较大时，使氢离子的浓度降低，使缩聚反应速率降低；苯酚易被氧化，在加入的苯酚中，大量苯酚被氧化，使苯酚的邻、对位上的氢质子不活泼，在与羟甲基反应时，缩聚产物形成的量较少，溶液中以中间产物的量较多；③操作步骤上的错误，直接在水浴温度为90℃左右时，添加药品，而使甲醛与苯酚没有融合完全就已反生酚醛反应而产生一些低聚物，产生的低聚物直接溶解在未反应的单体中，温度较高时，催化剂的活性也受到影响。在较高温度下催