Фенолформальдегидная смола способ получения химия

Фенолформальдегидные смолы [-C₆H₃(OH)-CH₂-]_n – продукты поликонденсации фенола C₆H₅OH с формальдегидом CH₂=O.
Взаимодействие фенола с формальдегидом идет по схеме:

Роль реакционноспособных функциональных групп в этих соединениях играют:

в феноле – три С-Н-связи в орто— и пара-положениях (легче идет замещение в двух орто-положениях);
в формальдегиде – двойная связь С=О, способная к присоединению по атомам С и О.

Это определяет возможность образования цепных макромолекул по схеме поликонденсации:

Реакция проводится в присутствии кислых (соляная, серная, щавелевая и другие кислоты) или щелочных катализаторов (аммиак, гидроксид натрия, гидроксид бария).

Механизм конденсации фенола с формальдегидом в условиях кислотного катализа

При избытке фенола и кислом катализаторе образуется линейный полимер –новолак, цепь которого содержит приблизительно 10 фенольных остатков, соединенных между собой метиленовыми (-СН₂-) мостиками.

Новолаки – термопластичные полимеры, которые сами по себе не способны переходить в неплавкое и нерастворимое состояние. Но они могут превращаться в трехмерный полимер при нагревании их с дополнительной порцией формальдегида в щелочной среде. При использовании щелочных катализаторов и избытка альдегида в начальной стадии поликонденсации получаются линейные цепи резола:

При дополнительном нагревании эти цепи «сшиваются» между собой за счет групп -CH₂OH, находящихся в пара-положении фенольного кольца, с образованием трехмерного полимера – резита:

Таким образом, резолы являются термореактивными полимерами. Фенолоформальдегидные полимеры применяются в виде прессовочных композиций с различными наполнителями, а также в производстве лаков и клея.

Учебный фильм «Фенолоформальдегидные пластмассы»

Учебный фильм «Термоактивные пластмассы»

Источник

Применение фенолформальдегидной смолы

Что такое смола? Это субстанция вязкой, густой консистенции, липкая при ощупывании. Классифицируется на:

природную (янтарная, каучуковая и пр.);
интетическую (включает большой спектр изготавливаемых индустрией продуктов). Промышленные смолы достаточно дешёвые, очень надежные, их легко использовать на деле.
В настоящее время вещество, полученное поликонденсацией фенола и формальдегида, пользуется большим спросом. Оно берет свои истоки ещё с 19 столетия, когда впервые было изготовлено.

Строение, получение и особенности фенолформальдегидной смолы

Фенолформальдегидная смола (ФФС) — это смола промышленного изготовления, имеющая фенол — альдегидную основу и обладающая признаками термореактопластов. Строение описывается следующим видом: [-C6H3(OH)-CH2-]n.

Впервые изготовил данный продукт путем подогрева его составляющих (формальдегид + фенол) немецкий химик Адольф Байер (1872 г).

Тогда полимерный продукт реакции выходил очень ломким и хлипким, а вода трансформировалась в газ, поэтому вскоре процесс получения фенолформальдегидного продукта был модифицирован.

Для этого добавляли муку из древесины. В настоящее время для получения ФФС применяют разнообразные компоненты — добавки, которые совершенствуют качество готового материала.

Перечислим основные особенности смольного вещества фенол — формальдегидной группы:

имеет структурную особенность (представляет собой олигомер в жидкой или твёрдой фазе);
образуется в кислой или щелочной среде;
обладает прекрасными электроизоляционными свойствами;
имеет устойчивость к механическим и повреждающим действиям;
имеет устойчивость к коррозийным процессам;
растворяется в щелочных, хлорсодержащих растворах, кетонах, углеводородах;
преобразуется в микрогетерогенный густошитый полимерный материал после стопроцентного затвердевания.

Использование смолы

Фенолформальдегидный состав нашел применение во многих областях. Используют ее для изготовления пластмассовых материалов. В зависимости от участников реакции выделяют фенолформальдегидную смолу:

карболитная (сульфированное отвердевание);
неолейкоритная (молочнокислое отвердевание);
резальная (отвердевание с применением соляной кислоты).

Смольный продукт фенольно — формальдегидной группы лежит в основе производства клеевых средств (а также медицинского бутираль фенольного клея), лакокрасочных материалов, герметизирующих составов, а также фанерных материалов и древесно-стружечной плиты.

С помощью ФФС создают пропиточные средства для тканевых и других материалов.

Где ещё используется ФФС? В автомобильном, вагоностроительном производствах (различные машинные составные части, поездные тормозные колодки, эскалаторные элементы), производстве различных электрических элементов (розетки, счетчики, электроклеммы, вилки), в военной промышленности (изготовление оружейных и технических компонентов), радиоэлектронике.

Кроме того, применяют ее при изготовлении телефонов и фотокамер, разных не подвергающихся нагреванию технических средства на кухне, сувенирной, галантерейной продукции.

Бильярдные шары — это также производные фенолформальдегидных. Текстолитовые и гетинаксовые объекты подвергаются последующей обработке.

Отметим, что ФФС не нашла применения при изготовлении тех предметов, которые имеют контакт с едой и подвергаются нагреванию.

Как производят смолу

Фенолформальдегидная смола — это полимерное вещество, которое получают путем реакции поликонденсации. Один из способов получения — это модификация метана и метанола в формальдегид с последующим присоединением фенола.

Перечислим основные этапы получения

К 3 миллилитрам 40 процентного формальдегида добавляют 2 грамма фенола в кристаллах. Либо возможно заменить фенол на карболовую кислоту (это и есть концентрированный фенол в форме жидкости) в количестве 4 миллилитра.

В получившуюся смесь капают три капли соляной кислоты. Эта масса подвергнется закипанию с последующим образованием резольный смола (стекло подобное вещество). При надобности в замедлении реакции масса подвергается остужению.

При необходимости проводят уточнение качественных характеристик смеси путём спиртового растворения. Оставив массу на продолжительное время, она будет вязкой консистенции, не будет течь, и спиртовое растворение прекратится.

Таким образом получится уже пластинчатое резитольное вещество, то есть находящееся в переходном состоянии процесса отверждения. Массу в таре помещают в кипящую воду, и как результат, происходит затвердевание субстанции с превращением ее в красный цвет.

Готовый продукт не подвергается горению, она обугливается. Во время реакции будет чувствоваться фенольный, не особо приятный запах, а огонь будет желтоватого цвета. Для того, чтобы остановить процесс, необходимо добавить щелочь.

При этом реакция полимеризации прекратится, но с условием добавления щелочи до момента полного затвердевания.

При изготовлении фенолформальдегидного также можно получить и другие побочные продукты. Если увеличить объем фенола, то образуется новолак, а если формальдегида — то бакелит.

Если заменить формалин на ацетон с участием хлористоводородной кислоты, то получают бисфенол.

Пагубное влияние смол

Несомненно, ФФС обладает рядом преимуществ, но с другой стороны, она может нанести вред организму человека и окружающей среде.

Этим фенолформальдегидная не похожа на безопасную эпоксидную смолу. При изготовлении фенолформальдегидные смолистые вещества фенол — формальдегидной группы используют вредные вещества.

Что фенол, что формалин — это опасные и вредные элементы, а формалин вообще обладает канцерогенным действием.

Ядовитость и токсичность компонентов фенолформальдегидного продукта заключается в следующем:

угнетение нервной системы;
источники образования кожных дерматитов и сыпи;
являются причиной аллергических реакций и астмы.

Изготовление ФФС регулируется утверждённой нормативной базой. Санитарные правила и нормы устанавливают необходимое количество составляющих компонентов в готовой смоле.

Для фенола в литре — это 0,05 мг, для формальдегида 0,1. Экология сталкивается с проблемой уничтожения продуктов из ФФС.

Также остро стоит вопрос по ограждению рабочих, которые работают на таком производстве и контактируют с вредными веществами.

Что такое фенопласты

Фенопласты — это пластмассовые материалы, полученные при объединении фенолформальдегидного смолистого состава с различными компонентами. Реакция идёт при большой температуре, а выбор компонентов зависит от конечного продукта.

К этой категории пластмасс относят фенольно-бакелитовый клей, разнообразные объекты из пластика, применяемся в обиходе и бытовом деле. Фенопласты применяют при производстве технических и автомобильных элементов.

Сейчас ввиду усовершенствований процессов производств в конечном продукте находятся вредные компоненты в весьма низких и незначительных объемах.

Источник

Как изготовляется и где применяется фенолформальдегидная смола

Под словом «смола» обычно подразумевается густое, вязкое вещество, клейкое на ощупь. Смолы бывают природными (например, живица, каучук, янтарь) и синтетическими. Последняя группа включает широкое многообразие материалов, выпускаемых промышленностью. Они намного дешевле, просты в применении, обладают высокой надежностью. Так, в XIX веке впервые была произведена фенолформальдегидная смола, этот материал и сейчас остается на пике популярности.

Свойства смолы

Фенолоформальдегидные смолы — синтетические массы из группы феноло-альдегидных смол, имеющие свойства термореактопластов. Уравнение и формула материала — C6H3(OH)-CH2-]n. Продукт был разработан при нагревании смеси формальдегида (формалина) и фенола. То, что материал получается при реакции этих компонентов, выявил ученый из Германии А. Байер в 1872 году. В результате взаимодействия образовались вода и полимер, правда, последний был довольно хрупким, а жидкость быстро переходила в газообразное вещество. Впоследствии метод получения средства был усовершенствован путем добавления древесной муки. Сейчас готовый продукт включает разные наполнители, улучшающие его свойства.

Характеристики и отличительные качества фенолформальдегидных смол таковы:

по структуре — жидкие или твердые олигомеры;
среда образования — кислая, щелочная;
отличная электроизоляционность;
высокая стойкость к механическому воздействию, повреждению;
коррозионная устойчивость;
растворимость в углеводородах, кетонах, хлористых растворителях, щелочах.

Особенностью материала является его трансформация в густошитый полимер с микрогетерогенной структурой после полного отверждения.

Применение материала

Смола на основе фенолформальдегида применяется в разных сферах народного хозяйства. Из нее делают пластмассу разных типов:

при сульфированном отверждении — карболитную;
при отверждении молочной кислотой — неолейкоритную;
при участии соляной кислоты — резольную.

Фенольная смола идет на изготовление клеев и лаков, в том числе клея марки БФ. Она используется для создания герметиков как структурная связующая, при производстве фанеры, ДСП. Из формальдегидной смолы делают заливки и пропитки для тканей, иных материалов.

При участии продукта получают различные изделия общего и специального назначения:

тормозные колодки для поездов, детали для машин, эскалаторов метро;
абразивные инструменты;
вилки, платы, розетки, счетчики, двигатели, клеммы и прочую электропродукцию;
корпуса телефонов, фотоаппаратов;
радиопродукцию, в том числе конденсаторы;
военную технику и оружие;
ненагреваемые элементы кухонной техники, посуды;
текстолит и гетинакс — материалы для дальнейшей переработки;
бижутерию, галантерею, сувениры;
шары для бильярда.

Материал не применяют для производства тары, непосредственно контактирующей с пищевой продукцией, особенно предназначенной для тепловой обработки.

Производство фенолформальдегидной смолы

Материал относится к полимерам, получаемым способом поликонденсации. Его можно сделать из метана и метанола путем преобразования в формальдегид и дальнейшего соединения с фенолом. Технология следующая:

берут раствор формальдегида 40% в количестве 3 мл;
соединяют с 2 г кристаллического фенола (по Госстандарту, его можно заменить на 4 мл раствора карболовой кислоты, она представляет собой жидкий концентрированный фенол);
в массу ввести 3 капли соляной кислоты;
смесь закипит, после чего превратится в прозрачную массу наподобие стекла (резол);
если требуется замедлить процесс, то посуду с массой остужают;
резол легко растворяется в спирте, можно провести эксперимент для уточнения качества полученной массы;
если оставить средство на более длительный срок, оно станет вязким, нетекучим и перестанет растворяться в спирте — превратится в более пластичный материал резитол;
в завершение работы тару ставят в кипящую воду, в результате смола затвердевает, становится буквально каменной, обретает красный цвет.

Готовый продукт не горит, а медленно обугливается. При этом огонь станет желтоватым, почувствуется неприятный запах фенола. Технические условия для остановки реакции таковы: на любой стадии (до окончательного отверждения) можно влить щелочь, это прекратит процесс полимеризации.

Государственный стандарт также обозначает порядок получения иных веществ в ходе производства фенолформальдегидной смолы. Так, при повышении количества фенола можно получить новолак. Увеличение концентрации формальдегида позволяет сделать бакелит. При замене формалина на ацетон при участии соляной кислоты получится бисфенол.

Вред материала

Несмотря на достоинства, смолы данного типа могут нанести большой вред человеку и экологии. Их опасность в том, что на производстве применяются токсичные компоненты. Фенол и формалин ядовиты, а последний еще и считается сильным канцерогеном. Оба вещества имеют такую вредность:

угнетают нервную систему;
вызывают сыпь, дерматиты;
провоцируют аллергию и бронхиальную астму.

Какая нормативная документация регулирует производство продукта? СанПиН регламентирует допустимые количества миграции этих веществ в готовые изделия. Они равны 0,05 мг/л для фенола, 0,1 мг/л для формальдегида. Проблему для экологии представляет собой и утилизация изделий из таких смол. Не менее важна защита работников производств, где они вырабатываются и перерабатываются. Этим фенолформальдегиды сильно отличаются от экологически безопасных эпоксидных смол.

Фенопласты

Под фенопластами понимают пластмассы, которые получают при соединении фенолформальдегидной смолы с разными наполнителями. Процесс протекает при высокой температуре, а тип наполнителя зависит от вида конечного изделия. К фенопластам также относится фенольно-бакелитовый клеевой состав, различные пластиковые изделия для быта и народного хозяйства. Из фенопластов делают детали для техники и автомобилей. В настоящее время методы производства настолько усовершенствованы, что в готовой продукции присутствуют только следовые концентрации вредных веществ.

Источник