Żywice fenolowo-formaldehydowe

Prezentacja na temat: "Żywice fenolowo-formaldehydowe"— Zapis prezentacji:

1 Żywice fenolowo-formaldehydowe

2 fenoplasty-produkt polikondensacji fenoli z aldehydem (głównie formaldehydem)
Jedne z najstarszych syntetycznych polimerów organicznych „bakelit” (Backeland 1909)

3 Surowce: Fenole jedno- i wielowodorotlenowe Fenol Krezol Ksylenol
Rezocyna Aldehydy Formaldehyd Octowy

4 Reakcja: jest katalizowana zarówno przez kwasy, jak i zasady
może być prowadzona w roztworze wodnym Pozycja para bądź orto zależy od pH pH para/orto Im wyższe pH tym więcej orto

5 Produkty są trwałe (do około 95 oC) ponieważ :
tworzą kompleksy chelatowe z zasadowym katalizatorem powstają wiązania wodorowe

6 W środowisku zasadowym reakcje
prowadzą do powstania wielkocząsteczkowych żywic fenolowo – formaldehydowych, w których pierścienie są połączone mostkami metylenowymi i dimetyloeterowymi

7

8 Mostki dimetylenoeterowe
są stabilne tylko w środowisku zasadowym i jest ich stosunkowo niewiele. W kwaśnym ulegają rozszczepieniu z wydzieleniem CH2O

9 W środowisku kwaśnym nie ma stabilizacji przez wiązanie wodorowe , szybkość kondensacji grup –CH2-OH jest bardzo duża i szybko następuje wzrost lepkości i sieciowanie.

10 W zależności od stosunku molowego reagentów i pH środowiska reakcji otrzymuje się dwie odmiany żywic fenolowo – formaldehydowych : nowolaki rezole W przemyśle nowolaki i rezole stosuje się do tłoczyw (kompozytów), lakierów, klejów, kitów, laminatów.

11 Żywice nowolakowe otrzymuje się w środowisku kwaśnym (HCl,H3PO4)
przy nadmiarze fenolu fenol/aldehyd = 7/6 Polimery takie są termoplastyczne, liniowe, rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych, sieciuje się je formaldehydem urotropiną

12 Pochodna hydroksymetylowa natychmiast reaguje z fenolem
Pochodna hydroksymetylowa natychmiast reaguje z fenolem. Powstaje difenylometan, który kondensuje dalej z formaldehydem. Przyłączanie CH2O 5-8 razy wolniej zachodzi niż kondensacja zatem w żywicy są prawie wyłącznie cząstki metylenowe

13 Ciężar cząsteczkowy można regulować stosunkiem reagentów.
Mcz 700 500 0, , , formaldehyd/fenol

14 Pozycja para w tych warunkach bardziej reaktywna
Dodatek soli dwuwartościowej jonów metali (np.octan cynku) w kwasie octowym powoduje powstanie pozycji orto

15 Nowolaki : zwykle są stałe, M = 600 – 700, rozpuszczalne w alkoholach, naftach, estrach, otrzymywane w reakcjach podstawionych fenoli (p-butylo-, p-acetylofenol)

16 Nowolaki stosowane są jako składniki farb i lakierów.
Stosowane są również do otrzymywania rezoli przez podwyższenie pH, jak i dodanie CH2O.

17 cz. sieciujący kat. zasadowy
Sieciowanie nowolaków najczęściej zachodzi przez urotropinę w podwyższonej temperaturze. urotropina CH2O + NH2 cz. sieciujący kat. zasadowy Utwardzają się szybciej niż żywice rezolowe

18 Usieciowane mają : dużą wytrzymałość, sztywność, twardość małą podatność na pełzanie odporność na rozpuszczalniki organiczne nieodporne na roztwory kwasów i zasad małą palność Stosowane jako tłoczywo do spoiw materiałów ciernych.

19 Żywice rezolowe powstają z nadmiarem fenolu 1: 1,1-2,1
w środowisku zasadowym zawierają grupy metylolowe Szybkość addycji konkuruje z szybkością kondensacji i jest pierwsza przy wyższym pH Grupa –CH2-OH jest trwała w środowisku zasadowym.

20 Para powstaje szybciej,ale pozycji orto jest więcej więc produktu jest więcej z podstawnikami orto.

21 Polimer : jest głównie liniowy M = 400 – 1000 zwykle 600 – 700
jest ciałem stałym, kruchy Tm = oC rozpuszczalny w alkoholach, ketonach, estrach

22 rezol rezitol rezit częściowo usieciowany usieciowany nierozpuszczalny Pod wpływem Δt i kwasów rezole ulegają stopniowemu usieciowaniu (3 etapy) Rezitol – nietopliwy, nierozpuszczalny, pęczniejący (ma nie dużą gęstość usieciowania) Rezit – nierozpuszczalny i prawie nie pęczniejący Dehydratacja w 170 oC

23 rezit

24 Żywice rezolowe stosuje się z napełniaczem do:
tłoczyw termoutwardzalnych tworzyw warstwowych antykorozyjnych pokryć powłoki ochronne izolacje uzbrojeń kity

25 Wyroby z żywic fenolowo - formaldehydowych
Włókna Tłoczywa Laminaty

26 Włókna Ze stopionego nowolaku włókna wytłacza się a następnie sieciuje formaldehydem. Włókna takie są bardzo ognioodporne. Służą jako : koce do gaszenia ubrania ognioodporne ochronne W celu zwiększenia odporności na ścieranie dodaje się PA aromatycznego

27 Tłoczywo nowolak lub + napełniacz + środki pomocnicze rezol
Proces technologiczny : Przygotowanie odpowiednich warunków Walcowanie na gorących walcach Rozdrabnianie kompozytu Homogenizacja tłoczywa

28 Laminaty Wodnymi roztworami rezoli nasyca się papier, tkaniny (bawełniane lub szklane) Etapy otrzymywania: Przygotowanie roztworu Nasycenie nośnika Prasowanie tłoczywa Wykańczanie

29 Żywice aminowo – formaldehydowe

30 Żywice aminowo – formaldehydowe
aminoplasty – produkty kondensacji amin z aldehydami (formaldehydami) Największe znaczenie mają żywice mocznikowo- i melaminowo-formaldehydowe Pierwsze produkty w 1884, przemysłowe

31 Mocznik (karbamid) Tt 133 oC Rozpuszczalny w H2O, słabo w alkoholach
Otrzymywanie Początkowo tworzy się karboaminianamonowy, w celu przesunięcia równowagi podnosi się ciśnienie do 20 MPa Dehydratacja karboaminoamonu

32 Melamina (2,4,6-triamino-1,3,5-triazyna)
Krystaliczne ciało stałe Słabo rozpuszczalne w wodzie Dobrze rozpuszczalne w NH3, roztworach wodorotlenków Silniejsza zada niż mocznik Otrzymywana z dicyjanoamidu lub z mocznika

33 Żywice mocznikowo - formaldehydowe

34 W addycji nukleofilowej mocznika do formaldehydu tworzą się mono – i dihydroksymetylowo pochodne (metylolomoczniki). Przy dużym nadmiarze mogą tworzyć się tripodstawione, ale są nie trwałe.

35 W środowisku kwaśnym pH<4 następuje kondensacja
NH2-CO-NH-CH2OH t = oC liniowy oligomer ph= 4, rozpuszczalny w wodzie CH2OH reaguje z amidami jak również sam ze sobą

36 Roztwory żywic mocznikowo - formaldehydowych są stabilne przez kilkanaście miesięcy przy pH 7-8.
Brak buforu powoduje zajście reakcji Cannizzaro i obniżenie pH. 2 CH2O + -OH HCOO- + CH3OH

37 Utwardzanie żywicy zachodzi w obecności mocnych kwasów w T<100 oC
Utwardzanie żywicy zachodzi w obecności mocnych kwasów w T<100 oC. Trwalsze wiązania metylenowe niż dimetylenoeterowe.

38 Żywice aminowo – formaldehydowe stosuje się jako żywice klejowe, lakiernicze, do impregnacji, do produkcji tłoczyw. Klejowe żywice mocznikowo–formaldehydowe otrzymujemy w trzech etapach : Addycja CH2O do mocznika przy pH 7,2 – 7,4 Kondensacja hydroksymetylowych pochodnych przy pH 4,4 - 4,8 Zagęszczanie wodnego roztworu żywicy (usuwanie wody i metanolu)

39 Reakcja addycji CH2O zachodzi w Tpok w mieszalniku do którego doprowadza się odmierzona ilość formaliny, mocznika NaOHaq do pH 7,2 Po rozpuszczeniu mocznika w formalinie, mieszaninę przetłacza się do kwasoodpornego reaktora z mieszadłem, płaszczem i chłodnicą W reaktorze zachodzi kondensacja w środowisku kwaśnym pH 4,4 – 4,8 , w T wrzenia 92 oC.4% HCl obniża pH.

40 Przebieg reakcji badamy na podstawie pomiaru lepkości
Przebieg reakcji badamy na podstawie pomiaru lepkości. Zatrzymuje się podwyższając pH do 7,4 i obniżając temp. Zagęszczanie zachodzi w aparacie próżniowym o działaniu ciągłym w T=60oC. Usuwa się H2O, CH3OH i formaldehyd Homogenizacja z innymi partiami żywicy

41 Kleje takie stosuje się w przemyśle drzewnym i meblarskim
Kleje takie stosuje się w przemyśle drzewnym i meblarskim. Służą do klejenie drewna, do produkcji płyt wiórowych, pilśniowych, sklejki.

42 Żywice mocznikowo – formaldehydowe są stosowane też do impregnacji nośników (papierowych, tekstylnych), do laminatów. Tłoczywa mocznikowo – formaldehydowe otrzymuje się przez prasowanie na gorąco w T = 145 oC i przez wtrysk.

43 Żywice melaminowo - formaldehydowe

44 Przebieg reakcji melaminy z CH2O zależy od :
stosunku molowego reagentów pH Przy pH 8 i w T = 40 oC tworzą się tylko hydroksymetylowo pochodne. Przy temperaturze wyższej tworzą się oligomery. W środowisku zasadowym i obojętnym tworzą się wszystkie sześć pochodne.

45

46 Żywice melaminowo – formaldehydowe modyfikowane Bu-OH są rozpuszczalne w węglowodorach, rozpuszczalnikach lakierniczych i są mieszalne z żywicami alkilowymi.

47 W T > 100 C lub pH kwaśnym następuje kondensacja z utworzeniem produktów usieciowanych. Mostki dimetylenowo – eterowe przekształcają się w metylenowe.

48 Utwardzone żywice melaminowo – formaldehydowe charakteryzują się:
Dużą gęstością usieciowania Dużą twardością i wytrzymałością mechaniczną Odpornością na gorącą wodę Stosowane w : Lakierach Tłoczywach Tworzywach warstwowych

49 Tłoczywa melaminowo – formaldehydowe
kompozyty celuloza środki żywicy (napełniacz) pomocnicze Etapy otrzymywania : Synteza żywicy Impregnacja Suszenie Rozdrabnianie i mielenie

50

51 Synteza żywicy zachodzi przy pH 8 – 8,5, T = 92 C i stosunku melaminy : formaldehydu = 1 : 2,5-3.
Żywica otrzymana w reaktorze przetłaczana jest przez prasę filtracyjną i rozcieńczana w mieszalniku alkoholem.

52 Rozcieńczoną w alkoholu żywicą nasyca się celulozę w mieszalniku gniotowniku.
Kompozycję suszy się na suszarce taśmowej do zawartości części lotnych 1%. Rozdrabnianie w młynach tarczowo i kulowych.

53 Zawartość kierowana jest do zbiornika.
W młynie kulowym zachodzi mieszanie wraz z barwnikami, bądź pigmentami. Po przesianiu zawartość trafia do zbiornika.

54 Utwardzone tłoczywo melaminowo – formaldehydowe charakteryzuje się :
dużą twardością gładką powierzchnią dużą stabilnością termiczną odpornością na wilgoć mniejszy skurcz niż żywice mocznikowo – formaldehydowe odpornością na oleje, tłuszcze, gorącą wodę