Лекція 26. Термореактивні полімери

Полімери, що одержують по реакції поліконденсації і утворюють просторово – зайти структури (трьох мірні) називають термореактивними полімерами.

Серед термореактивних полімерів найбільшого поширення одержали фенолоформальдегідні, епоксидні і поліефірні смоли.

Серед вище перечислених найбільш поширення одержали полімери на основі ФФС, а пластмаси, одержані на їх основі називають фенопластами.

Вихідними продуктами являються феноли, а також резоли, анілін і альдегіди (фурорурол, формальдегід). В залежності від вмісту вихідного продукту фенолоформальдегіні смоли діляться на термопластичні (новолаки) і термопластичні (резоли). Ці смоли по своєму походженню являються найстарішими і дешевими (до 100 грн./т.), і використовуються для виготовлення преспорошків, волокнистих і листових прес-матеріалів. Багато смол і виробів з фенопластів модифікуються. При цьому одержують матеріали, що володіють термічною і хімічною стійкістю.

Вихідним продуктом для одержання ФФС являється фенол. Це кристалічна речовина з різким запахом на повітрі. Під дією світла він забарвлюється в червоний колір плавиться при t=41C, являє собою кислоту. Легко суміщається з водяною парою якщо вміст води в фенолі складає до 5% (мас), то температура плавлення знижується до 20C. Якщо температура кімнатна, то фенол розчиняється до 27% (мас) в воді, а при температурі 85C і вище змішується з водою в будь яких співвідношеннях. Переважно фенол вилучається з кам’яно - вуглецевої смоли і утворюється при коксуванні вугілля. Це відноситься до одержання натурального фенолу.

Синтетичний фенол одержують різними методами. Їх > 4 – найбільш сучасним і екологічно чистим методом являється кумольний метод цим методом одержують ізопропілбензол. Його окисляють киснем повітря в емульсійному середовищі при t= 85C, і наступним розкладом одержаного гідроперекису розчину 10% H₂SO₄ з наступною перегонкою фенолу.

При одержанні термопластичних смол розглядають взаємодію альдегіду з O₂ і Н₂, в результаті чого утворюється фурфурол. В залежності від вмісту кисню і водню можуть утворюватись неплавкі і нерозчинні смоли (трьох функціональні фенольні з’єднання). Процес поліконденсації альдегідів проходить як в лужному так і в кислому середовищі з утворенням різних по будові продуктів.

Перетворення в неплавкий і нерозчинний стан визначається такими фонетореми: мольним співвідношенням вихідних компонентів; кислотністю реакційного середовища.

Безперервний метод одержання новолачних смол

Новолачні смоли одержують безперервним методом в апаратах ідеального змішування, наприклад в 4 секційних колонах.

Схема одержання новолачної смоли приводиться нижче:

Рис. 23. Схема одержання новолачної смоли: 1 – колона; 2 - обернений холодильник; 3 – змішувач; 4 – холодильник; 5 - сушильний апарат; 6 – смоло приймач; 7 – відстійник; 8 - флорентійський посуд; 9 – насос; 10 – барабан; 11 – транспортер.

В змішувач 3 за допомогою дозуючих насосів подають розплавлений фенол, формалін і частину каталізатора (HCl). Іншу частину HCl подають безпосередньо в останню секцію колони 1.

Суміш з змішувача 3 потім поступає в колону 1 (першу секцію). Пара виходить 4 секцій колони поєднується між собою і з’єднані з загальним оберненим холодильником 2.

Поліконденсація проходить при t= 98 - 100C (температура кипіння суміші), і атмосферного тиску. Перемішування реакційної суміші здійснюється в результаті її кипіння і роботи мішалки. Обігрів здійснюється за рахунок подачі пара, що подається в сфогні секції. Через оглядові ліхтарі спостерігають за ходом реакції. На виході з останньої секції утворюється смоло водяна емульсія яка безпосередньо розділяється на флорентійському посуді 8.

В окремих випадках можливе розділення смоли і води за допомогою сепаратора. Після додаткового відстоювання в відстійнику 7, де проводиться також відділення води, смола направляється.

Густа смола шестиренчатим насосом 9 подається в трубчастий сушильний апарат 5. Він являє собою теплообмінник, по трубам я кого рухається смола. Зовні труби обігріваються з парою з температурою 140 - 1560C, що відповідає тиску 4 – 6 атм. Сушка проводить в тонкому шарі. Це робиться з метою інтенксифікації процесу. Смола рухаючись по трубам, нагрівається до температури кипіння води. При досягненні критичних значень швидкостей при досягненні критичних значень швидкостей смола переміщається в воді тонкого кільцеподібного шару. З сушильного апарату 5 смола і пари летучих попадає в смолоприймач 6, в якому проходить відділення смоли від летучих речовин. Смолоприймач служить для безперервної стандартизації смоли. Летучі речовини поступають в холодильник 4. утворена фенольна вода (її вміст складає до 20%) повертається на стадію приготування суміші в якості фенольної сировини. Розплавлена смола з смолоприймача 6 подається на барабан 10, на якому за допомогою спеціального пристрою вона розділяється тонним шаром по утворюючій барабана і (перетворення) при обертанні барабана смола попадає з формувача безпосередньо на барабан. На транспортері 11 проходить кінцеве охолодження (води) смоли, а вода, що знаходиться на поверхні смоли видаляється за допомогою вентилятора високого тиску (ВВТ). Виходячі з транспортера смола (до 2 мм) за допомогою пневмотранспортеру упаковується в мішки і подається на переробку. Для того, щоб волога не попадала в мішки вони виготовляються багатошаровими (євротара).

При переробці (подрібненні) передбачаються подрібнення смоли і перемішування її з добавками такими як утотропін, епоксидні смоли.

Резольні смоли одержують з фенолу і формальдегіду. На 6 молей фенолу беруть 7 молей формальдегіду. Каталізаторами служать луги, в тому числі гідроокиси Na і Ba.