Chemia Stosowana w Drzewnictwie III 2006/07 chemia polimerów (żywice formaldehydowe)

Żywice formaldehydowe Reaktywność formaldehydu w reakcjach addycji nukleofilowej do grupy karbonylowej: w środowisku obojętnym powoli: w środowisku kwaśnym: w środowisku zasadowym:

Żywice formaldehydowe Etapy tworzenia struktury przestrzennej : 1. przyłączenie do formaldehydu: 2. kondensacja grup hydroksymetylowych: 3. eliminacja formaldehydu z ugrupowania bismetylenoeterowego: 4’ (2+3). bezpośrednie tworzenie mostków metylenowych:

Żywice fenolowo-formaldehydowe (PF) Produkty reakcji fenolu z formaldehydem: W środowisku zasadowym te związki są dość trwałe (tworzą wiązania wodorowe), w kwaśnym natychmiast reagują dalej. Wzrost temperatury również sprzyja reakcjom następczym.

Rezole W środowisku zasadowym (pH 7-13), przy stosunku molowym formaldehyd:fenol 1-3, w temperaturze ~100°C Tworzywo rozpuszczalne i topliwe dopóki polimer pozostaje liniowy. Wolne grupy hydroksymetylowe są wystarczająco mało reaktywne w środowisku zasadowym. Do usieciowania potrzebna jest wysoka temperatura – następuje dalsza reakcja wolnych grup –CH2OH z utworzeniem pośrednio rezitoli i ostatecznie rezitów.

Nowolaki W środowisku kwaśnym (pH 4-7), przy stosunku molowym formaldehyd:fenol 0,5-0,9. Szybkość reakcji grup hydroksymetylowych z pierścieniem aromatycznym jest większa niż szybkość reakcji formaldehydu. W polimerze nie ma wolnych grup –CH2OH. Tworzywo rozpuszczalne i topliwe, ogrzewanie nie powoduje sieciowania. Do utwardzenia potrzebny jest dodatek środka sieciującego. Dodatek formaldehydu powoduje powstanie termoutwardzalnego rezolu. Stosowany jest też dodatek urotropiny, powodującej powstanie mostków metylenoaminowych.

Rezorcyna Fenole wielowodorotlenowe są znacznie bardziej reaktywne i kondensacja z formaldehydem zachodzi już na zimno. Uzyskanie tworzywa utwardzalnego wymaga wstępnej kondensacji z niedomiarem formaldehydu. Żywice rezorcynowo-formaldehydowe (RF) nie są zazwyczaj stosowane ze względu na zbyt wysoką cenę. Żywice fenolowo-rezorcynowo-formaldehydowe (PRF) łączą zalety obu żywic – niską cenę żywic fenolowych i zdolność do sieciowania na zimno żywic rezorcynowych. Stosuje się kilka odmian: Rezol PF kondensuje się z rezorcyną, a następnie sieciuje formaldehydem; Rezol PF sieciuje się rezorcyną; Rezol PF modyfikowany rezorcyną sieciuje się rezolem PF.

Żywice mocznikowo-formaldehydowe (UF) Mocznik jest związkiem czterofunkcyjnym, jednak reaktywność maleje w miarę przyłączania kolejnych cząsteczek formaldehydu. 1(mocznik) > 0,5 > 0,01 W pierwszej kolejności uzyskuje się polimer liniowy. Wymagane jest pH <4 lub >8. W środowisku zasadowym możliwe jest powstawanie również ugrupowań bismetylenoeterowych.

Żywice mocznikowo-formaldehydowe W obecności znacznego nadmiaru formaldehydu tworzy się struktura usieciowana. W obecności bardzo dużego nadmiaru formaldehydu powstają pierścienie uronowe.

Modyfikowane żywice mocznikowo-formaldehydowe Zalety UF: bardzo niska cena, niepalność, duża szybkość sieciowania, jasna barwa. Wady UF: słaba wodoodporność, emisja formaldehydu. Hydrofobizacja przez dodatek alkoholi (środowisko kwaśne): najczęściej stosuje się butanol (C4H9OH) i oktanol (C8H17OH) Zastosowanie modyfikowanego mocznika, np. dwufunkcyjnego etylenomocznika prowadzi do polimerów liniowych. Dodatek etylenomocznika podczas tworzenia UF zwiększa elastyczność (mniejszy stopień usieciowania).

Żywice melaminowo-formaldehydowe (MF) Melamina jest związkiem sześciofunkcyjnym, którego reaktywność maleje w miarę przyłączania kolejnych cząsteczek formaldehydu. Do uzyskania pochodnej hydroksymetylowej optymalne jest pH 8-9. WWW zakresie pH 6-8 reakcja przebiega zbyt wolno, poniżej 6 i powyżej 9 następuje kondensacja gryp hydroksymetylowych, prowadząca do produktu usieciowanego. Kondensacja grup typu CH2OH z typem CH2OH prowadzi do powstawania trwałych mostków bismetylenoeterowych, podczas gdy kondensacja typu CH2OH z typem CH2OH do powstawania nietrwałych mostków bismetylenoeterowych, przechodzących w mostki metylenowe.

Żywice melaminowo-formaldehydowe Żywice MF mają wytrzymałość porównywalną z fenoplastami, dobrą wodoodporność, jasną barwę i wysoką cenę (melamina). Stosuje się tańsze mieszanki z mocznikiem (MUF – o mniejszej odporności)