水溶性酚醛树脂合成及其层压板的制备研究

顾婉娜

摘   要：在酚醛摩尔比整体数值小于1的条件下，因为催化剂氢氧化钠的作用，会先生成羟甲基酚、邻羟甲基苯酚、羟甲基苯酚，随后进行缩聚，能够获得可溶性线型酚醛树脂。本文先分析了水溶性酚醛树脂合成，包括酚醛比、反应条件影响、催化剂影响，随后介绍了层压板的制备，包括玻璃纤维胶布、反应结果，希望能给相关人士提供有效参考。

关键词：水溶性酚醛  树脂合成  层压板制备

中图分类号：TQ323.1                              文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）05（c）-0079-02

正常情况下来看，甲醛、苯酚的溶解度决定了酚醛树脂的水溶液溶解度。如果水溶液产物拥有较大的分子极性，树脂便不易乳化，水溶解度高。适当提高甲醛含量可以促进形成羟甲基酚，同时改良酚醛树脂水溶性。

1  水溶性酚醛树脂合成

1.1 酚醛比

苯酚中的羟基酚的对位和临位中共有3个活性点，官能度是3。热固型酚醛树脂在碱性催化中呈现出来的理想结构和反应机理分析，只有在3个次甲基和一个苯酚环进行单独连接时，即在苯酚、甲醛的质量比是1∶1.5的条件下，能够获得形式整齐的酚醛树脂结构，在甲醛、苯酚的质量比超出1.5时，对于体系便没有太大的影响。只会在减少游离苯酚上发挥一定的效用，反而提高了反应成本，降低固体含量和树脂收率。

因为这只是一种理想结构形式，在现实操作中，无法达到，因此可以采用甲醛、苯酚小于1.5的质量比。在采用碱充当催化剂的过程中，甲醛含量超出苯酚含量时，初期加成反应有助于形成羟甲基酚，提高酚醛树脂的水溶性。因此，所选用的甲醛与苯酚质量比应该大于1。

1.2 反应条件影响

在制备酚醛树脂的过程中，加温方式和反应温度是核心参考条件。尽管甲醛针对苯酚的加成反应要超过多元羟甲基酚的反应速度，可为了能够得到水溶性的酚醛树脂，在最后的反应过程中，应该对时间和温度进行严格控制。在反应温度较低的状态下，自缩聚速度也相继下降[1]。在温度大于90℃的条件下，羟甲基酚会缩聚成一种井形结构，其胶液的黏度也相继提升，并转化为一种不溶于水的酚醛树脂，属于乙丙型材料。反应温度不能过低，不然便会增加反应时间，同时产品组成元素虽然都是拥有良好水溶性的三羟甲基酚、二羟甲基、一羟甲基的混合物，但其主要特性是低黏度，这种树脂无法满足层压板力学方面的固体含量和黏度要求。在配方优化的基础上，最终可以按照40℃、60℃、80℃的温度标准通过分段升温方法进行制备。

1.3 催化剂影响

氨水和六次甲基四氨都可以充当催化剂，同時在摩尔系数相同的条件下，其最终结果一致，为此在水溶性的酚醛树脂制备中，避免使用这两种材料作为催化剂。在B类胺弱碱和无机碱等催化剂的影响下，甲醛能够与苯酚发生反应，而羟甲基的加成反应超出缩合反应的速度，其最终产物中含有一定量的羟甲基酚醇，因为羟甲基是一种活性基团，拥有较高的极性，随着羟甲基含量的逐渐增加，树脂产物的极性也更强，水溶性提升。因此如果希望能够得到拥有良好水溶性的酚醛树脂，需要选择B类胺弱碱和无机碱等化合物充当催化剂。正常情况下来看，水溶性酚醛树脂缩聚度通常会比较低，如果催化剂的碱性效果比较强，最终树脂分子中的羟甲基含量也相对较多。增加适量甲醛，能够促进生成羟甲基酚，保持酚醛树脂良好的水溶性，部分无机碱催化剂中，比如碱土金属、碱金属等元素尽管可以对羟甲基形成良好的催化效果，将其当做催化剂，获得高含量羟甲基，但残留金属离子去除难度大，降低树脂性能。

2  层压板制备

2.1 玻璃纤维胶布

通过研究相关资料信息可以发现，KH-550玻璃纤维中的平纹布拥有沃兰试剂，即甲基丙烯酸氯化铬络合物的存在最终形成了玻璃纤维的内部结构，从而在浸胶的过程中，玻璃纤维和树脂两种材料融合到一起提升了两种材料的黏度和结合度，同时还提升了玻璃纤维材料的电性能、整体强度和耐水性，不会出现泛白的现象[2]。

2.2 反应结果

结合上述讨论分析，并在查询各种文献资料的基础上，最终确定两个配方，同时利用配方制成大量成品，包括层压板与胶布，并对其力学性能进行分析测验。具体性能测试如下：第一个配方中催化剂用量为0.4A/1.5B，采用分段80℃的加温模式、游离酚含量为8.6%，固体含量是51.6%，水混合性是13mL，反应时间是250min，挥发容量为1.86%，树脂的含量是48.4%，平均的弯曲强度是481MPa。第二个配方中催化剂用量为0.25A/1.5B，采用分段80℃的加温模式、游离酚含量为7.8%，固体含量是51.2%，水混合性是11ml，反应时间是350min，挥发容量为1.49%，树脂的含量是44.3%，平均的弯曲强度是435MPa。通过最终论证，调整各项工艺，改良配方获得了力学性能优良，同时水溶性较高的酚醛树脂配方[3]。

3  结语

综上所述，在制备水溶性酚醛树脂的过程中，存在各种影响因素会降低产品使用性能和树脂性能，通过相关试验发现，在苯酚和甲醛摩尔比处于1.37～1.4范围之间，以40℃、60℃和80℃标准进行分段升温，可以获得高性能酚醛树脂。

参考文献

[1] 杜玉泉，冯启恒.水溶性酚醛树脂合成及其层压板的制备研究[J].橡塑技术与装备，2019，45（4）：31-38.

[2] 吴乌兰，王晓军.Sb_2O_3/石墨烯对水溶性酚醛树脂的增韧研究[J].中国胶粘剂，2017，26（3）：47-50.

[3] 孟现星，李明远.磺甲基水溶性酚醛树脂的合成与分子结构表征[J].中国胶粘剂，2017，26（2）：21-24.