Phenol-Formaldehydharze werden durch die Reaktion von Phenol oder substituiertem Phenol mit Formaldehyd erhaltene synthetische Polymere. Phenolharze werden hauptsächlich bei der Herstellung von Leiterplatten verwendet. Sie sind besser jedoch bekannt, für die Herstellung von Formkörpern einschließlich Billardkugeln, Labor-Arbeitsplatten, und als Beschichtungen und Klebstoffe. In Form von Bakelit, sie sind die ersten kommerziellen Kunstharz.

Bildung und Struktur

Phenol-Formaldehydharze, als Gruppe sind durch eine stufenweise Polymerisation-Reaktion, die entweder sauer oder basisch katalysiert werden gebildet. Da Formaldehyd vorwiegend in Lösung als dynamisches Gleichgewicht Methylenglykol-Oligomeren vorhanden ist, die Konzentration des reaktiven Form von Formaldehyd abhängig von Temperatur und pH-Wert.

Phenol reagiert mit Formaldehyd an der ortho- und para-Websites, so dass bis zu 3 Einheiten von Formaldehyd in den Ring zu befestigen. Die erste Reaktion in allen Fällen beinhaltet die Bildung einer Hydroxymethylgruppe Phenol:

Die Hydroxymethylgruppe in der Lage ist zur Reaktion mit entweder einem anderen freien ortho oder para-Site oder eine andere Hydroxymethylgruppe. Die erste Reaktion ergibt eine Methylenbrücke, und der zweite bildet eine Etherbrücke:

Das Diphenol 2CH2 heißt Bisphenol F, die ein wichtiges Monomer, das in der Herstellung von Epoxidharzen ist. Bisphenol-F kann Link Erzeugungs Tri- und Tetra und höhere Phenol-Oligomeren zu fördern.

Novolake

Novolake sind Phenol-Formaldehyd-Harze mit einem Formaldehyd-Molverhältnis von weniger als einem Phenol. Die Polymerisation wird bis zur Fertigstellung unter Verwendung von Säure-Katalyse, wie Oxalsäure, Salzsäure oder Sulfonat Säuren gebracht. Die Phenoleinheiten hauptsächlich durch Methylen und / oder Ethergruppen verbunden sind. Novolake sind üblicherweise als Photolacke verwendet. Siehe auch Photolithographie. Die Molekulargewichte liegen in der geringen Tausende, entsprechend etwa 10-20 Phenoleinheiten.

Hexamethylentetramin oder "Hexamin" ist ein Härter zugesetzt, um Novolac zu vernetzen. Bei einer Temperatur & gt; 90 ° C, bildet er Methylen und Dimethylen amino Brücken.

Resole

Basenkatalysierte Phenolformaldehydharze mit einem Formaldehyd zu Phenol-Verhältnis von größer als eins hat. Diese Harze sind Resole genannt. Phenol, Formaldehyd, Wasser und Katalysator werden in der gewünschten Menge vermischt wird, abhängig von dem Harz gebildet werden, und dann erwärmt. Der erste Teil der Reaktion auf etwa 70 ° C, bildet eine dicke rotbraune klebriges Material, das reich an Hydroxymethyl- und Benzylether-Gruppen ist.

Die Rate der basenkatalysierten Reaktion zunächst mit steigendem pH-Wert und einem Maximum bei etwa pH = 10. Die reaktive Spezies die Phenoxidanion durch Deprotonierung von Phenol gebildet erreicht. Die negative Ladung über dem aromatischen Ring delokalisiert Aktivierungsorte 2, 4 und 6, die dann mit dem Formaldehyd reagieren.

Wobei Duroplaste werden Hydroxymethylphenolen beim Erhitzen auf etwa 120 ° C zu vernetzen und Methylmethylenätherbrücken durch Beseitigung von Wassermolekülen bilden. An diesem Punkt das Harz ein 3-dimensionales Netzwerk, das typisch für polymerisierte Phenolharzen ist. Die hohe Vernetzung verleiht dieser Art von Phenolharz seine Härte, eine gute thermische Stabilität und chemische Unempfindlichkeit. Resole werden als "ein Schritt" Harze bezeichnet, da sie ohne einen Vernetzer Gegensatz zu Novolaken ein "zweistufiges" Harz auszuhärten.

Resole sind große polymere Harzmaterialien weithin zum Kleben und Verbinden Baustoffe. Exterior Sperrholz, OSB-Platten, entwickelt laminierten Verbundholz sind typische Anwendungen.

Vernetzen und das Phenol / Formaldehyd-Verhältnis

Wenn das Molverhältnis von Formaldehyd: Phenol erreicht man theoretisch jede Phenol zusammen über Methylenbrücken verknüpft sind, Erzeugen von einem einzigen Molekül, und das System ist vollständig vernetzt. Deshalb Novolake nicht ohne die Zugabe eines Vernetzungsmittels zu härten, und warum Resole mit der Formel F: P & gt; 1 wird.

Anwendungen

Phenolharze werden in unzähligen Industrieprodukte gefunden. Phenol Laminate werden durch Imprägnieren einer oder mehreren Schichten aus einem Basismaterial wie Papier, Glasfasern oder Baumwolle mit Phenolharz und Laminieren der harzgesättigten Basismaterial unter Hitze und Druck hergestellt. Das Harz vollständig polymerisiert während dieses Prozesses. Die Basismaterialwahl hängt von der beabsichtigten Verwendung des fertigen Produkts. Papierphenolharze sind in der Herstellung elektrischer Komponenten, wie Punch-Through Boards und Haushalts Laminate verwendet. Glass Phenole sind besonders gut für den Einsatz im Hochgeschwindigkeitslager Markt geeignet. Phenolmikroballons sind für die Dichtesteuerung verwendet. Snooker-Kugeln sowie Kugeln aus vielen tabellenbasierte Ballspiele sind auch aus Phenol-Formaldehyd-Harz. Das Bindemittel in der normalen Bremsbelag, Bremsbacken und Kupplungsscheiben sind Phenolharz. Kunstharzpapier, aus Phenolharz und Papier, verwendet wird, um Arbeitsplatten zu machen.

Phenolharze werden auch zur Herstellung von Außen Sperrholz allgemein als WBP Sperrholz genannt, da Phenolharze weisen keinen Schmelzpunkt, sondern nur einen Zersetzungspunkt im Temperaturbereich von 220 Grad Celsius & amp; über.

Phenolharz als Bindemittel in der Lautsprechertreiber Aufhängungskomponenten, die aus dem Gewebe verwendet.

Manchmal auszuwählen Menschen Phenolharzteile, weil ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient nahe dem des Aluminium für andere Teile eines Systems verwendet wird, wie in der frühen Computersystemen und Duramold.

Die niederländische Fälscher Han van Meegeren gemischten Phenol-Formaldehyd mit seinem Ölfarben vor dem Backen die fertigen Leinwand, um gefälschte das Austrocknen der Farbe im Laufe der Jahrhunderte.

Handelsnamen

• Maritex Aquarius ist ein sehr leistungsstarkes Lagermaterial unter Verwendung Novolakharz, Faserverstärkung und das hinzugefügt Schmierstoffe für momentane Trockenlaufsituationen. Es ist auch trocken bei niedrigen Geschwindigkeiten und hohen Drücken, bei denen eine sehr niedrige Verschleißraten der Welle oder Lager verwendet.

• Bakelit ist aus Phenolharz und Holzmehl.
• Novotext ist Baumwolle faserverstärkten Phenolharz, mit zufällig orientierten Fasern.
• Oasis "ein offenzelliger Phenolschaum, die leicht absorbiert Wasser und wird als Basis für die Blumenarrangements verwendet."

Biologische Abbaubarkeit

Phenol-Formaldehyd wird von der Weißfäulepilz Phanerochaete chrysosporium abgebaut