腰果酚改性酚醛树脂的合成工艺研究

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1、腰果酚改性酚醛树脂的合成工艺研究高淑雅1张兴喜2(1．西安理工大学材料科学与工程学院，西安710048；2．河南省天择实业有限责任公司，郑州450002)摘要:本文以腰果酚、苯酚、甲醛为原料,浓盐酸作催化剂,合成出了腰果酚改性酚醛树脂，利用正交实验法对合成工艺进行优化。得出最佳反应条件：反应时间：20h；反应温度：95℃；催化剂量：2ml；固化剂量：10%。得到的腰果酚改性酚醛树脂以酚醛胺为固化剂进行固化，固化物的耐热性明显提高。关键词:腰果酚;苯酚;甲醛；合成工艺;正交实验酚醛树脂(PF)[1]具有良好的压缩强度、耐溶剂性、阻燃性能等，摩擦材料多用其作基体粘结剂。但普通PF因其分子结构上的

2、缺陷，具有硬度高、质脆、粘结力小、耐热性差、工作温度超过250℃热分解严重等一系列不足，已不能满足现代摩擦材料的应用需要。改性是提高PF粘结力、耐热性、耐分解及增加韧性的有效途径，对摩擦材料综合性能[2]的提高有重要作用。不少生产和科研单位对酚醛树脂进行了多种改性研究，如用桐油、苯胺、腰果壳油、硼等对酚醛树脂进行改性。高性能改性PF的研究是当前摩擦材料领域的研究热点之一。腰果酚由腰果(Anacardimoccidentale)壳液（腰果油）中提取而来，腰果油经分子蒸馏或真空蒸馏[3]可得较为纯净的腰果酚。腰果酚的结构腰果酚的主要结构特征是苯酚的间位上带有长链脂肪烃,因此腰果酚既含有刚性基团又

3、含有柔性基团,并具有酚类化合物的特征，用其改性酚醛树脂，可使酚醛树脂的韧性得到明显的提高。这种改性酚醛树脂的摩擦性能优良,在摩擦过程中形成的碳化膜柔性好而又不易脱落[4]见图1。本文利用正交实验法对腰果酚改性酚醛树脂[5]合成工艺进行优化，以酚醛胺[6]作为固化剂，制备出具有耐高温的新型酚醛树脂。图1腰果酚改性酚醛树脂合成机理1　实验部分1.1仪器和试剂腰果酚，工业品，上海物竞化工科技有限公司；甲醛，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；苯酚，分析纯，开封市芳晶化学试剂有限公司；盐酸（37%），分析纯，西安三浦精细化工厂；酚醛胺，工业品，河南省天择实业有限责任公司。热分析仪，NETZSCHS

4、TA409PC型，德国NETZSCH公司；快速升温高温实验炉，河南建筑材料研究设计院；旋转蒸发器，RE-52AA型，上海亚荣生化仪器厂。1.2腰果酚改性酚醛树脂的合成将腰果酚60g(0.2mol)、苯酚75.5g(0.8mol)、甲醛25.5g(0.85mol)直接加入反应器（四口烧瓶）中，开动搅拌、加热。待温度升至90℃加入浓盐酸1ml。控制温度90℃反应20小时后，停止加热，且使体系迅速降温至40℃以下。将产物进行减压蒸馏除去水分。1.3改性酚醛树脂固化物的制备加入酚醛胺17g(改性树脂的10%)搅拌溶解，在110℃下固化24小时。冷却后粉碎，过200目筛网。1.4TG—DSC性能测试利

5、用德国NETZSCH公司生产的NETZSCHSTA409PC型同步热分析仪（热重分析—差示扫描量热分析，即TG-DSC）测定改性酚醛树脂固化物的热稳定性。测试条件为,样品重量：13.0~14.0mg；气氛条件:N230ml/min；升温速率：10K/min；温度范围：25~700℃。2　结果与讨论2.1实验正交表的选定在腰果酚改性酚醛树脂的制备过程中,影响因素较多,故通过正交实验来选择反应的最优化条件是十分必要和有效的。由于改性酚醛树脂各方面的性能指标受到聚合反应物的摩尔配比、反应时间、反应温度、催化剂量、固化剂量（固化剂占所固化树脂的质量百分含量）、固化工艺等因素的强烈影响[7]，为了获得

6、最佳的合成工艺，本实验采用正交实验的方法，在固定“摩尔配比”（腰果酚：苯酚：甲醛=0.2mol:0.8mol:0.85mol）和“固化工艺”(110℃下固化24小时)条件[8]下主要考察反应时间（A）、反应温度（B）、催化剂量（C）、固化剂量（D）四个因素的影响，每个因素选取3个水平[9]，因此选用4因素3水平的正交实验表L9（34）对改性酚醛树脂的合成进行了9组实验，实验的因素和水平见表.1。选取改性酚醛树脂在430℃时残留质量为指标，按正交表进行实验。正交实验表见表2。表1腰果酚改性酚醛树脂合成的因素水平表因素表示符号水平-101反应时间A15h20h25h催化剂量B1.0ml1.5ml

7、2.0ml反应温度C90℃95℃100℃固化剂量D6%8%10%表2腰果酚改性酚醛树脂合成的正交实验表所在列1234因素A（反应时间）B（催化剂量）C（反应温度）D（固化剂量）实验1-1(15h)-1(1.0ml)-1(90℃)-1(6%)实验2-1(15h)0(1.5ml)0(95℃)0(8%)实验3-1(15h)1(2.0ml)1(100℃)1(10%)实验40(20h)-1(1.0ml)0(95℃)1(