酚醛树脂：从化学原理到工业应用

酚醛树脂：从化学原理到工业应用

酚醛树脂是一种重要的合成聚合物材料，由苯酚或取代苯酚与甲醛反应制得。作为最早商业化的合成树脂之一，酚醛树脂在模制品、涂料、粘合剂等多个领域有着广泛的应用。本文将详细介绍酚醛树脂的生产方法、化学反应原理及其在不同领域的具体应用。

酚醛树脂

酚醛树脂是通过苯酚或取代苯酚与甲醛反应得到的合成聚合物。作为电木的基础，PF是最早的商业合成树脂（塑料）。它们已被广泛用于生产模制品，包括台球、实验室台面以及用作涂料和粘合剂。它们曾一度是生产电路板的主要材料，但已被环氧树脂和玻璃纤维布以及耐火材料所取代FR-4电路板材料。

主要有两种生产方法。一种使苯酚和甲醛直接反应生成热固性网络聚合物，而另一种则限制甲醛生成称为火山的预聚物，可以将其成型，然后再添加更多的甲醛和热量进行固化。生产和输入材料都有很多变化，用于生产各种特殊用途的树脂。

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碱催化的酚醛树脂是用甲醛与苯酚的比率大于1（通常为1.5）制成的。这些树脂称为甲阶酚醛树脂。根据要形成的树脂，将所需量的苯酚、甲醛、水和催化剂混合，然后加热。反应的第一部分是在约70°C的温度下形成的粘稠的红棕色粘性物质，其中富含羟甲基和苄基醚基。

碱催化反应的速率最初用提高pH值，并达到在约pH = 10。反应性物质的最大是酚盐阴离子（C 6 H ^ 5 ö - ）由酚的去质子化形成的。负电荷在芳香环上发生离域，激活位点2、4和6，然后与甲醛反应。

作为热固性材料，羟甲基苯酚在加热至约120°C时将发生交联，从而通过消除水分子形成亚甲基和甲醚桥。在这一点上，该树脂是三维网络，这是聚合酚醛树脂的典型特征。高交联度使这类酚醛树脂具有硬度，良好的热稳定性和化学不渗透性。甲阶酚醛树脂被称为“一步法”树脂，因为它们与酚醛清漆不同而无需交联剂固化，即“两步法”树脂。

甲阶酚醛树脂是主要用于聚合和粘合建筑材料的主要聚合树脂材料。外墙胶合板，定向刨花板（OSB），工程层压复合木材（LCL）是典型的应用。

交联和甲醛/苯酚比

当甲醛与苯酚的摩尔比达到1时，理论上每一种苯酚都通过亚甲基桥连在一起，生成一个单分子，并且系统完全交联。这就是为什么酚醛清漆（F：P <1）在不添加交联剂的情况下不会硬化的原因，以及为什么式F：P> 1的甲阶酚醛树脂会固化的原因。

酚醛树脂的应用

酚醛树脂存在于多种工业产品中。酚醛层压板是通过用酚醛树脂浸渍一层或多层基础材料（例如纸、玻璃纤维或棉），然后在热和压力下层压树脂饱和的基础材料制成的。在此过程中，树脂完全聚合（固化），形成热固性聚合物基体。基础材料的选择取决于最终产品的预期用途。纸酚醛树脂被用于制造电子元件，例如穿孔板，家用层压板和纸复合板。玻璃酚醛树脂特别适合用于高速轴承市场。酚醛微气球用于密度控制。普通（有机）制动片，制动蹄和离合盘中的粘合剂是酚醛树脂。由酚醛树脂和纸制成的合成树脂粘合纸用于制造台面。酚醛树脂的另一用途是制造Trabant汽车中使用的Duroplast。

酚醛树脂还用于制造外墙胶合板，通常称为耐候和防潮（WBP）胶合板，因为酚醛树脂在220°C（428°F）及以上的温度区中没有熔点，而只有分解点。

酚醛树脂被用作粘合剂中的扬声器 驱动器的悬挂部件，其是由布。

高端台球是由酚醛树脂制成的，与较便宜的套装中使用的聚酯相反。

有时人们会选择纤维增强的酚醛树脂零件，因为它们的热膨胀系数与用于系统其他零件的铝的热膨胀系数非常接近，例如在早期的计算机系统和Duramold中。

荷兰绘画伪造者汉·范·梅格伦（Han van Meegeren）在烘烤成品画布之前将苯酚甲醛与他的油漆混合，以假冒数百年来油漆的干燥。