水溶性酚醛樹脂合成及其層壓板的制備研究

顧婉娜

摘? ?要：在酚醛摩爾比整體數(shù)值小于1的條件下，因為催化劑氫氧化鈉的作用，會先生成羥甲基酚、鄰羥甲基苯酚、羥甲基苯酚，隨后進行縮聚，能夠獲得可溶性線型酚醛樹脂。本文先分析了水溶性酚醛樹脂合成，包括酚醛比、反應條件影響、催化劑影響，隨后介紹了層壓板的制備，包括玻璃纖維膠布、反應結果，希望能給相關人士提供有效參考。

關鍵詞：水溶性酚醛? 樹脂合成? 層壓板制備

中圖分類號：TQ323.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）05（c）-0079-02

正常情況下來看，甲醛、苯酚的溶解度決定了酚醛樹脂的水溶液溶解度。如果水溶液產(chǎn)物擁有較大的分子極性，樹脂便不易乳化，水溶解度高。適當提高甲醛含量可以促進形成羥甲基酚，同時改良酚醛樹脂水溶性。

1? 水溶性酚醛樹脂合成

1.1 酚醛比

苯酚中的羥基酚的對位和臨位中共有3個活性點，官能度是3。熱固型酚醛樹脂在堿性催化中呈現(xiàn)出來的理想結構和反應機理分析，只有在3個次甲基和一個苯酚環(huán)進行單獨連接時，即在苯酚、甲醛的質量比是1∶1.5的條件下，能夠獲得形式整齊的酚醛樹脂結構，在甲醛、苯酚的質量比超出1.5時，對于體系便沒有太大的影響。只會在減少游離苯酚上發(fā)揮一定的效用，反而提高了反應成本，降低固體含量和樹脂收率。

因為這只是一種理想結構形式，在現(xiàn)實操作中，無法達到，因此可以采用甲醛、苯酚小于1.5的質量比。在采用堿充當催化劑的過程中，甲醛含量超出苯酚含量時，初期加成反應有助于形成羥甲基酚，提高酚醛樹脂的水溶性。因此，所選用的甲醛與苯酚質量比應該大于1。

1.2 反應條件影響

在制備酚醛樹脂的過程中，加溫方式和反應溫度是核心參考條件。盡管甲醛針對苯酚的加成反應要超過多元羥甲基酚的反應速度，可為了能夠得到水溶性的酚醛樹脂，在最后的反應過程中，應該對時間和溫度進行嚴格控制。在反應溫度較低的狀態(tài)下，自縮聚速度也相繼下降[1]。在溫度大于90℃的條件下，羥甲基酚會縮聚成一種井形結構，其膠液的黏度也相繼提升，并轉化為一種不溶于水的酚醛樹脂，屬于乙丙型材料。反應溫度不能過低，不然便會增加反應時間，同時產(chǎn)品組成元素雖然都是擁有良好水溶性的三羥甲基酚、二羥甲基、一羥甲基的混合物，但其主要特性是低黏度，這種樹脂無法滿足層壓板力學方面的固體含量和黏度要求。在配方優(yōu)化的基礎上，最終可以按照40℃、60℃、80℃的溫度標準通過分段升溫方法進行制備。

1.3 催化劑影響

氨水和六次甲基四氨都可以充當催化劑，同時在摩爾系數(shù)相同的條件下，其最終結果一致，為此在水溶性的酚醛樹脂制備中，避免使用這兩種材料作為催化劑。在B類胺弱堿和無機堿等催化劑的影響下，甲醛能夠與苯酚發(fā)生反應，而羥甲基的加成反應超出縮合反應的速度，其最終產(chǎn)物中含有一定量的羥甲基酚醇，因為羥甲基是一種活性基團，擁有較高的極性，隨著羥甲基含量的逐漸增加，樹脂產(chǎn)物的極性也更強，水溶性提升。因此如果希望能夠得到擁有良好水溶性的酚醛樹脂，需要選擇B類胺弱堿和無機堿等化合物充當催化劑。正常情況下來看，水溶性酚醛樹脂縮聚度通常會比較低，如果催化劑的堿性效果比較強，最終樹脂分子中的羥甲基含量也相對較多。增加適量甲醛，能夠促進生成羥甲基酚，保持酚醛樹脂良好的水溶性，部分無機堿催化劑中，比如堿土金屬、堿金屬等元素盡管可以對羥甲基形成良好的催化效果，將其當做催化劑，獲得高含量羥甲基，但殘留金屬離子去除難度大，降低樹脂性能。

2? 層壓板制備

2.1 玻璃纖維膠布

通過研究相關資料信息可以發(fā)現(xiàn)，KH-550玻璃纖維中的平紋布擁有沃蘭試劑，即甲基丙烯酸氯化鉻絡合物的存在最終形成了玻璃纖維的內部結構，從而在浸膠的過程中，玻璃纖維和樹脂兩種材料融合到一起提升了兩種材料的黏度和結合度，同時還提升了玻璃纖維材料的電性能、整體強度和耐水性，不會出現(xiàn)泛白的現(xiàn)象[2]。

2.2 反應結果

結合上述討論分析，并在查詢各種文獻資料的基礎上，最終確定兩個配方，同時利用配方制成大量成品，包括層壓板與膠布，并對其力學性能進行分析測驗。具體性能測試如下：第一個配方中催化劑用量為0.4A/1.5B，采用分段80℃的加溫模式、游離酚含量為8.6%，固體含量是51.6%，水混合性是13mL，反應時間是250min，揮發(fā)容量為1.86%，樹脂的含量是48.4%，平均的彎曲強度是481MPa。第二個配方中催化劑用量為0.25A/1.5B，采用分段80℃的加溫模式、游離酚含量為7.8%，固體含量是51.2%，水混合性是11ml，反應時間是350min，揮發(fā)容量為1.49%，樹脂的含量是44.3%，平均的彎曲強度是435MPa。通過最終論證，調整各項工藝，改良配方獲得了力學性能優(yōu)良，同時水溶性較高的酚醛樹脂配方[3]。

3? 結語

綜上所述，在制備水溶性酚醛樹脂的過程中，存在各種影響因素會降低產(chǎn)品使用性能和樹脂性能，通過相關試驗發(fā)現(xiàn)，在苯酚和甲醛摩爾比處于1.37～1.4范圍之間，以40℃、60℃和80℃標準進行分段升溫，可以獲得高性能酚醛樹脂。

參考文獻

[1] 杜玉泉，馮啟恒.水溶性酚醛樹脂合成及其層壓板的制備研究[J].橡塑技術與裝備，2019，45（4）：31-38.

[2] 吳烏蘭，王曉軍.Sb_2O_3/石墨烯對水溶性酚醛樹脂的增韌研究[J].中國膠粘劑，2017，26（3）：47-50.

[3] 孟現(xiàn)星，李明遠.磺甲基水溶性酚醛樹脂的合成與分子結構表征[J].中國膠粘劑，2017，26（2）：21-24.