Синтетические смолы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ  ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  «ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «ПГТУ»)

 

 

 

 

 

Реферат

по дисциплине

“Материаловеденье”

на тему: «Синтетические смолы»

 

 

 

Выполнил: студ. гр. _____________________________

№ зачетн. книжки

Проверил: ___________________

_____________________________

 

 

 

Йошкар-Ола,

2012

Оглавление

Введение…………………………………………………………….…….3

Синтетические смолы…………………………………………………….4

Виды синтетических смол………………………………………………..5

 

Введение

В былые времена, если химики получали в результате своих опытов "смолу", т.е. такой продукт ,который не поддавался кристаллизации, они не очень-то радовались. В наши же дни многие химики стремятся изготовить такие смолы: многие из них в результате дальнейшей переработки превращаются в материалы, необходимые для промышленности. Когда немецкий химик Байер в 1872 г. смешал формальдегид и "карболовую кислоту" (раствор фенола), он получил смолообразную, вязкую массу. При нагревании она превращалась в твердое, нерастворимое вещество, которое далее уже не плавилось. В то время Байер еще не мог предвидеть, какое огромное значение приобретает впоследствии полученный им продукт. Через 35 лет бельгийскому исследователю Бакеланду удалось разработать способ получения этого вещества, пригодный для промышленности. За сходство с природными смолами продукт, открытый Байером, назвали синтетической смолой. Эта смола производится промышленностью с 1912 г. под названием бакелит. Как и ко многим другим новинкам, к бакелиту вначале относились скептически, и ему было трудно конкурировать на рынке с давно известными материалами. Положение быстро изменилось, когда обнаружили его ценные свойства - бакелит оказался отличным электроизоляционным материалом, обладающим в то же время высокой прочностью. Сегодня у себя дома мы уже едва ли увидим штепсельные розетки, вилки и электрические выключатели из фарфора. Их вытеснили изделия из реактопластов. Бакелит и родственные ему пластмассы заняли также почетное место в машиностроении, автомобилестроении и других отраслях промышленности.

 

Синтетические смолы

Синтетические смолы –  это высокомолекулярные соединения, которые получают в результате реакций  поликонденсации или полимеризации. 

• Полимеризацией называют процесс соединения определенного количества элементарных мономеров в сложную молекулу без побочных продуктов. 
• Поликонденсация – это процесс соединения разнородных мономеров с образованием полимера и выделением побочного продукта реакции. Свойства полимеров определяются химическим составом, взаимным расположением атомов и строением макромолекул. По строению макромолекулы полимеров делятся на линейные (нитевидные) и пространственные (сетчатые). Линейные полимеры представляют собой сочетание звеньев одной определенной структуры. Сочетание двух или трех химически различных звеньев образуют полимеры, которые называют совмещенными или сополимерами. Линейные полимеры относят к термопластичным материалам. Они обладают следующими свойствами: температура размягчения 50...120°С, сравнительно высокий температурный коэффициент объемного расширения ТКР, невысокая теплостойкость, легко деформируются при нагревании и затвердевают при охлаждении, имеют аморфную структуру и при нагревании плавно переходят из твердого состояния в жидкое или текучее.

 

Виды синтетических  смол

Термопластичные — это  смолы, которые стабильны при  обычных температурах и давлениях, но способны при нагревании деформироваться  и плавиться, причем эта способность  не теряется при многократном нагреве.

Термореактивная смола первоначально  под влиянием температуры способна плавиться, а при дальнейшем нагревании претерпевать химические превращения  и необратимо отверждаться. Это свойство термореактивной смолы используют в процессе литья в оболочковые формы. Для изготовления смесей, обладающих прочностью на сжатие в сыром состоянии, используют жидкие термореактивные смолы.

Феноло-формальдегидные  смолы

Феноло-формальдегидные  смолы (бакелиты) получаются в результате конденсации водного раствора фенола С₆Н₅ОН или крезола – С₆Н₄СН₃ОН с формалином (водным раствором формальдегида, СН₂О) в присутствии катализаторов.

В зависимости от соотношения  реагирующих компонентов и катализатора различают два класса феноло-формальдегидных  смол:

Новолачные смолы или новолаки получают из 120 весовых частей фенола и 24-28 весовых частей формальдегида (катализатор НСl, H₂SO₄ или С₂Н₂О₄ – щавелевая).

Новолаки не обладают термореактивностью и после прогрева почти не меняют своих свойств, сохраняя плавкость и способность растворяться в С₂Н₅ОН.

Резольные смолы или бакелиты получают из 25 весовых частей формальдегида и 100 весовых частей фенола в присутствии щелочного катализатора (NaOH, KOH, NH₄OH и др.).

Резолы при нагревании переходят из начального состояния (стадия А) в промежуточную форму резитол (стадия В) и в окончательную модификацию, неплавкий и нерастворимый продукт резит (стадия С).

Образование фенолформальдегидных смол:

Все ценные свойства связаны  с состоянием стадии С. Для перевода новолачной смолы в состояние резита (С) необходима добавка отверждающего агента, например, уротропина, который распадается на формальдегид и аммиак и при нагревании обеспечивает переход новолака в резол, а затем и в резит.

Структура полимеризационного бакелита в стадии С до сих пор неизвестна. Но известно, что смола имеет пространственный рост молекул. Этим объясняется ее термореактивность.

Бакелитовая смола – полярный диэлектрик, (ε зависит от температуры и частоты (Гц)).

Применяются бакелитовые  смолы в производстве электроизоляционных  лаков и антикоррозийных покрытий, в производстве слоистых пластиков  и т.д.

а) Карболиты – фенолформальдегидные смолы новолачного типа (термопластичные), конденсируемые с нефтяным сульфокислотным катализатором. Разработаны русскими химиками В.И. Лисевым, Г.С. Петровым, К.И. Тарасовым и П.И. Шестаковым в 1914 г. Названиекарболит происходит от карболовой кислоты (водного раствора фенола), лит в названии указывает на литую форму данной пластмассы. В первые годы после изобретения ее применяли в виде литых изоляторов разной формы. В настоящее время карболит смешивают с наполнителями (древесная мука, порошок слюды, асбест и др.) и получают после прессования фенопласты.

Изделия из фенопластов отличаются стабильностью свойств. Они работают длительно при 130-215 °С. Допустимые рабочие температуры зависят от типа наполнителя. Фенопласты с неорганическими носителями имеют более высокие температуры.

б) Слоистые пластики – группа пластмасс, получаемая из волокнистой основы, расположенной послойно и пропитанной синтетическими смолами. В качестве основы применяют целлюлозу, бумагу, хлопчатобумажные ткани и ткани из стекловолокна.

Гетинакс электротехнический – слоистый прессматериал, состоящий из целлюлозной пропитанной изоляционной бумаги, обработанной смолой.

Гетинакс выпускается разных марок:

А и Б – для работы в трансформаторном масле, с повышенной электрической прочностью;

В, Д – для работы в воздухе и трансформаторном масле, обладают повышенной механической прочностью;

Г – для аппаратуры, работающей при повышенной влажности;

В_с – светопроницаемый для работы на воздухе;

Ав, Бв, Вв, Гв, Дв – для работы в радио – и телефонных установках;

Все гетинаксы обладают высокой механической прочностью, маслостойкостью, работают при температурах от от - 60° до  +105°С.

Текстолит листовой электротехнический – прессованный материал, состоящий из нескольких слоев хлопчатобумажной или стеклянной ткани, пропитанной термореактивной смолой феноло–формальдегидного типа.

Применяется для изготовления деталей, работающих в условиях ударных  нагрузок или нагрузок с истиранием.

Карбамидные  (мочевино-формальдегидные) смолы

Карбамидные  (мочевино-формальдегидные) смолы – получаются при реакции конденсации мочевины (NH₂)₂CO с формальдегидом CH₂ = O в присутствии щелочей:

Структурная формула смолы:

Это полярные высокомолекулярные соединения. В зависимости от условий мочевино–формальдегидные смолы могут быть водорастворимые и водонерастворимые. Отличаются термореактивностью и способностью переходить при нагревании в твердое, неплавкое и нерастворимое состояние. Подобно резолам из них можно получать изделия подобные бакелитовым смолам.

На основе мочевино – формальдегидных смол получают карбамидные пластмассы – аминопласты, из которых изготовляют:

· пресованные композиции;

· литые пластмассы;

· слоистые пластмассы.

Прессовочные порошки  аминопластов представляют собой композиции из мочевино–формальдегидной смолы, целлюлозы, красителей и смазочного вещества, прессующихся в нагретых пресс–формах с образованием твердых изделий.

Из карбамидных смол с минеральными наполнителями получают искростойкие пластмассы, применяемые в дугогасильных камерах низковольтных и высоковольтных выключающих устройств.

Из мочевино–формальдегидной смолы изготовляют прозрачные шкалы и органические стекла.

Существуют:

· меламино-формальдегидные смолы;

· анилино-формальдегидные смолы;

· полиформальдегидные смолы;

· полиамидные смолы и т. п.

Анилино–формальдегидные смолы – по структуре аналогичны феноло–формальдегидным, но фенол заменен на анилин и в структуре вместо ОН групп присутствует NH, дающая меньший дипольный момент и меньшую гидрофильность.

Структурная формула:

Эти смолы менее хрупки, чем бакелитовые, обладают высокой  ударной вязкостью, поэтому можно  прессовать без наполнителя, что  и снижает гигроскопичность.

От соотношения компонентов  могут быть термопластичными и термореактивными. Эти смолы не имеют в своем  составе кислорода, поэтому при  прессовании не происходит конденсации  с выделением Н₂О, как у термореактивных смол – феноло-формальдегидных форм, что положительно сказывается на их диэлектрических свойствах. Занимают промежуточное положение между термопластичными смолами типа новолака и термореактивными смолами типа резола. Резолу они уступают в нагревостойкости, в противоположностьноволачным смолам не плавятся, а только размягчаются. Они щелочестойки.

Полиформальдегид - твердый термопластичный слабополярный полимер линейной структуры, получаемый полимеризацией газообразного формальдегида при отсутствии воды

Строение молекул:

…- СН2 – О - СН2 – О - СН2 – О - …

Имеет высокую степень  кристалличности (≈ 75%), что обуславливает  жесткость и высокую механическую прочность. Механические свойства мало зависят от температуры в пределах от 20 до 120º и влажности. Температура  размягчения равна 170 ºС, Температура плавления равна 180 ºС. Применяется для изготовления электроизоляционных деталей  с высокой механической прочностью.

 

 

Являясь одним из основных материалов в рассматриваемом процессе, синтетическая смола должна отвечать следующим требованиям: не терять своих  свойств при длительном хранении, быстро отверждаться при нагреве, обеспечивать высокую удельную прочность смесям в отвержденном состоянии (при растяжении и изгибе), обеспечивать смесям хорошие технологические свойства, быть стандартной и недефицитной. Все синтетические связующие относятся к конденсационным смолам. Конденсационные смолы образуются в результате реакции поликонденсации не менее двух химических веществ. Этим методом получают фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные, фурановые и другие смолы. 

Рецептуры прессматериалов и химизм процесса

Теоретические представления  о механизме взаимодействия фенола с формальдегидом в присутствии  катализаторов, о строении феноло- формальдегидных смол в процессах их отверждения недостаточно разработаны. Основными компонентами общими для различных прессматериалов являются: смола, волокнистый наполнитель, отвердитель или ускоритель отверждения смолы, смазка, краситель и различные специальные добавки. Смола является основой прессматерила, т.е. связующим веществом, которое при соответствующей температуре и давлении пропитывает и соединяет частицы остальных компонентов с образованием однородной массы. Свойствами смолы определяются основные свойства прессматериала. Например, на основе феноло-формальдегидной смолы полученной в присутствии катализатора едкого натра, невозможно получить прессматериал, который после прессования обладал бы высокой водостойкостью или высокими электроизоляционными свойствами. Поэтому для предания прессматериалу определенных специфических свойств прежде всего нужно правильно выбрать смолу (исходные вещества, катализатор, режим смолообразования). При этом полимер становится твердым, нерастворимым и неплавким. Этот продукт конечной стадии поликонденсации называют резитом. При промышленной переработке смолу на стадии образования резола выливают в формы и в них отверждают. Отверждение нередко занимает несколько дней. Это необходимо для того, чтобы образующаяся при реакции вода испарялась медленно. Иначе смола получится непрозрачной и пузырчатой. Чтобы ускорить отверждение, можно довести поликонденсацию до образования резита, затем полученную смолу размолоть, поместить в формы под давлением 200-250 атмосфер и подвергнуть отверждению при 160-1700С. Если мы будем проводить эту реакцию при рН выше 7, т.е.в щелочной среде, то она сильно замедлится на образовании резола.