如何制备线性酚醛树脂？

1.实验目的

（1）了解反应物的配比和反应条件对酚醛树脂结构的影响，合成线性酚醛树脂。

（2）掌握不同预聚体的交联方法。

2.实验原理

酚醛树脂由苯酚和甲醛聚合得到。强碱催化的聚合产物为甲阶酚醛树脂，甲醛与苯酚物质的量比为1.2～3.0∶1。甲醛为36%～50%的水溶液，催化剂为1%～5%的NaOH或Ca（OH）2，在80～95℃的条件下加热反应3 h，就得到了预聚物。为了防止反应过度和凝胶化，要真空快速脱水。预聚物为固体或液体，相对分子质量一般为500～5 000，呈微酸性，其水溶性与相对分子质量与其组成有关。交联反应常在180℃下进行，并且交联和预聚物合成的化学反应是相同的。

线性酚醛树脂由甲醛和苯酚以0.75～0.85∶1的物质的量比聚合得到，常以草酸或硫酸为催化剂，加热回流2～4 h，聚合反应就可以完成。催化剂的用量为每100份苯酚加1～2份草酸或不足1份的硫酸。由于加入甲醛的量少，只能生成低相对分子质量的线性聚合物。反应混合物在高温脱水、冷却后粉碎，混入5%～15%的六亚甲基四胺，加热后迅速发生交联。本实验采用酸催化，其反应方程式如下：

酚醛树脂塑料是第一个商品化的人工合成聚合物，具有高强度、尺寸稳定性好、抗冲击、抗蠕变、抗溶剂和耐湿气等优点。大多数酚醛树脂都需要加增强材料，通用级酚醛树脂常用黏土、矿物质粉和短纤维来增强，工程级酚醛树脂则要用玻璃纤维、石墨及聚四氟乙烯来增强，使用温度可达150～170℃。酚醛聚合物可作为黏合剂应用于胶合板、纤维板和砂轮中，还可作为涂料，如酚醛清漆。含有酚醛树脂的复合材料可以用来制作航空飞行器，还可以做成开关、插座及机壳等。

本实验在草酸存在的条件下进行苯酚和甲醛的聚合，甲醛量相对不足，从而得到线性酚醛树脂。线性酚醛树脂可作为合成环氧树脂的原料，与环氧氯丙烷反应获得酚醛多环树脂，也可以作为环氧树脂的交联剂。

3.实验仪器和化学试剂

仪器设备：三颈瓶、冷凝管、机械搅拌器、温度计。

化学试剂：苯酚、甲醛水溶液、草酸、六亚甲基四胺。

实验装置如图6-8所示。

图6-8　实验装置

4.实验步骤

（1）向图6-8中所示的三口瓶中加入18.5 g苯酚（0.207 mol，14.7 m L），13.8 g 37%的甲醛水溶液（0.169 mol，13 m L），2.5 m L蒸馏水以及0.3 g水合草酸。

（2）水浴加热，慢慢升温到90℃左右，并开动搅拌，反应混合物回流1～1.5 h。

（3）将三口瓶中反应液倒入装有90 m L蒸馏水的烧杯中，搅拌均匀后静置，冷却至室温，分离去除水层。(www.xing528.com)

（4）称取0.5 g六亚甲基四胺粉末，加入上述步骤所得的糊状产物中，充分搅拌，观察产物的黏性变化。

5.实验结果

记录实验过程中的实验现象、线性酚醛树脂的产量及产率等数据。

6.实验注意事项

（1）苯酚和甲醛都是有毒物质，在量取和实验的过程中都必须严格遵守实验操作步骤，以防中毒或腐蚀皮肤。

（2）由于甲醛和苯酚都有一定的毒性，因此反应应在通风橱中进行。

（3）苯酚在空气中容易被氧化，从而影响实验产品的颜色，因此在量取苯酚和将其加入三口瓶的过程中，应迅速操作并及时将试剂瓶密封。

（4）实验时应该把原料加完后再加热，以保证在达到较高温度时，原料有足够的时间溶解并混合搅拌均匀。

（5）最后得到的产品应放到指定的地方，不应倒入下水道，避免由于黏性造成水管堵塞。

7.思考题

（1）本次实验的影响因素有哪些？

（2）环氧树脂能否作为线性酚醛树脂的交联剂，为什么？

（3）线性酚醛树脂和甲阶酚醛树脂在结构上有什么差异？

（4）反应结束后，加入90 m L蒸馏水的目的是什么？

（5）在酸性和碱性条件下酚醛树脂的合成机理有什么区别？