Фенолформальдегидные смолы (ФФС) представляют собой олигомерные производные конденсации фенола с формальдегидом, они могут иметь твердую или жидкую форму. Молекулярную формулу таких синтетических органических смол можно представить в виде [–C6 H3 (OH) –CH2 –]n. Они входят в группу термореактивных смол: под воздействием высокой температуры они меняются и превращаются в твердые жесткие соединения в результате процесса поликонденсации.
Ключевые свойства фенолформальдегидных смол
ФФС стали востребованными в разных отраслях промышленности благодаря нескольким ключевым свойствам:
- Устойчивость к биологическим воздействиям. ФФС используются для пропитки дерева и других материалов, чтобы предотвратить гниение и повысить влагостойкость.
- Механическая устойчивость к растяжению, сжатию, стабильность размеров под воздействием нагрузок.
- Огнестойкость. После температурной обработки смолы твердеют, в результате они способны выдерживать нагрев до 250-280°С.
- Диэлектрические свойства. ФФС не проводят электрический ток, что позволило использовать их для производства различных изоляторов и компонентов энергоустановок.
- Способность к формованию. Под воздействием нагрева и высокого давления фенолформальдегидные смолы могут принимать заданную форму и сохранять ее после остывания.
- Растворимость в ароматических углеводородах, спиртах, кетоновых соединениях, водных щелочных растворах, в сложных эфирах.
Такие особенности позволили применять смолы в различных направлениях промышленного производства.
Особенности и способы производства
Основной метод изготовления – поликонденсация фенола с формальдегидом при участии катализаторов. В качестве катализатора используется раствор серной или соляной кислоты, также для этой цели могут применяться водные щелочные растворы, например, гидроксид натрия. Получаемая смола будет зависеть от температуры и кислотно-щелочного баланса среды, в которой протекает химическая реакция.
Производство фенолформальдегидной смолы можно разделить на несколько основных этапов:
- Подготовка сырья. В качестве сырья для производства используется формалин – водный раствор формальдегида с концентрацией 36-40%, а также жидкий концентрированный фенол, который также называется карболовой кислотой.
- Проведение химической реакции. Компоненты добавляются в реактор с мешалками, в смесь добавляется кислотный или щелочной раствор. После этого она нагревается для запуска и ускорения химической реакции. При нагревании смесь становится прозрачной – по внешнему виду она напоминает жидкое стекло. Это образуется резол.
- Обезвоживание и удаление примесей. Этот этап позволяет укрупнить молекулы полимерного вещества и обеспечить смолам достаточную вязкость. Смесь подвергается вакуумной сушке при температурном режиме 70-80°С. Резол переходит в резитол, он теряет текучесть и не растворяется в спиртах.
- Охлаждение смолы до комнатной температуры.
- Получение готовых смол. После вакуумной сушки они становятся твердыми, у них появляется красный цвет.
Процесс можно при необходимости прервать на одной из стадий, для этого в реакции используется щелочной раствор. Это дает возможность получить жидкие фенолформальдегидные смолы, которые используются, например, для производства лаков.
Классификация ФФС
В зависимости от состава, способа изготовления и химических свойств различают резольные и новолачные смолы. Они отличаются друг от друга по нескольким важным показателям:
- Тип катализатора. Резольные смолы изготавливаются в присутствии щелочного катализатора, а новолачные – кислотного.
- Последовательность синтеза. Резольные смолы производятся методом одностадийного синтеза, а для изготовления новолачных требуется соединение формальдегида с избытком фенола.
- Отверждение. Резольным смолам не требуется отвердитель: они способны переходить в твердое состояние при нагреве или при длительном хранении, при этом они приобретают характерный красноватый цвет. Новолачные смолы для изменения агрегатного состояния нуждаются в отвердителе – для этой цели можно использовать, например, уротропин.
- Особенности хранения. Если новолачные смолы не контактируют с влагой, они могут храниться длительное время с сохранением первоначальных свойств. Резольные смолы меняют состояние на более твердое, если просто хранятся в течение долгого срока.
- Воздействие нагрева. Если нагревать резольные смолы, они будут переходить в твердое неплавкое соединение – резит. Новолачные смолы выдерживают нагрев до 200°С, при этом они сохраняют термопластичность.
Оба типа веществ активно используются в промышленности, каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками.
Особенности производства новолачных смол
Изготовление новолачных смол имеет ряд особенностей, что позволяет им сохранять жидкое состояние и термопластичность даже при продолжительном нагреве. В качестве катализатора при производстве используется щавелевая или соляная кислота, причем чаще применяется именно последний вариант благодаря высокой летучести и каталитической активности. Если используется щавелевая кислота, процессом поликонденсации будет проще управлять, а готовые смолы на выходе имеют более светлую окраску.
Поликонденсация проводится по тому же принципу, что и при изготовлении резольных смол. Фенол и формальдегид помещаются в реактор с мешалкой, в него же добавляется соляная кислота, после чего смесь разогревается до 75°С. Начинается интенсивная химическая реакция, сопровождающаяся выделением тепла.
Процесс поликонденсации продолжается до тех пор, пока густота получающейся эмульсии не достигнет 1170 – 1200 кг/м3. После завершения реакции смесь начинает расслаиваться: твердая часть оседает, вода остается наверху. Чтобы отделить воду и удалить летучие вещества, применяется вакуумная сушка при высокой температуре. В результате смола прогревается до 140°С. После завершения сушки смесь перемешивается, измельчается и фасуется по мешкам для отправки на склад.
Возможности применения фенолформальдегидных смол
На промышленных предприятиях изготавливаются различные марки жидких фенолформальдегидных смол. Они маркируются буквами СФЖ и числовым обозначением в зависимости от свойств и особенностей состава. Различные марки получили широкое применение в производстве следующих видов изделий:
- Клеи, лаки и компаунды, применяемые в электротехнике. Такие вещества обладают диэлектрическими свойствами, поэтому предотвращают пробой электричества и обеспечивают герметичное соединение деталей.
- Фанера и другие древесные и древесно-композитные материалы. Пропитка ФФС повышает влагостойкость, позволяет использовать готовое изделие во влажной среде.
- Клеи для склеивания древесных материалов. Они эффективно соединят древесину благодаря химической реакции.
- Стеклопластики, углепластики и другие разновидности полимерных материалов.
- ДСП и ДВП. Благодаря пропитке фенолформальдегидными смолами стружка и измельченное древесное волокно соединяется в прочные плиты, устойчивые к контакту с влагой.
- Корпусы для бытовой техники, различной промышленной аппаратуры.
Также ФСФ могут использоваться для изготовления различных защитных пропиток, лаков, защитных жидкостей, красителей. При соблюдении нормативов по содержанию фенола и фенол формальдегида такие смолы считаются безопасными для человека.
Можно ли считать фенолформальдегидные смолы экологичным материалом?
Сырьем для изготовления ФСФ являются фенол и формальдегид, которые читаются канцерогенными веществами. Длительный контакт с такими веществами в высокой концентрации способен причинить вред здоровью. Однако это не значит, что все фенолформальдегидные смолы являются токсичными, а продукция из них опасной. Существуют нормативы, регламентирующие допустимые выделения фенола и формальдегида из готовых изделий: они составляют 0,05 мг/л и 0,1 мг/л соответственно. Если продукция соответствует этим нормам, она считается безопасной.
Риски возникают при использовании в производстве самых дешевых химикатов, изготовленных без соблюдения технологического регламента. Качественные реагенты и соблюдение установленных норм позволяет изготавливать продукцию на основе ФСФ, которую можно использовать по назначению без риска для здоровья
Заказ ФСФ-содержащих веществ в компании «Пигмент»
АО «Пигмент» является крупным российским производителем лаков, компаундов и других веществ, в составе которых присутствуют фенолформальдегидные смолы. Для изготовления используется только высококачественное сырье, соответствующее высоким требованиям надежности и экологической безопасности.
Продукция АО «Пигмент» проходит обязательную и добровольную сертификацию, подтверждающую соответствие стандартам. Это дает возможность использовать ее для изготовления широкого спектра лакокрасочных материалов и других товаров, востребованных на рынке. Ознакомьтесь с предлагаемым ассортиментом, выберите товары с подходящим составом и химическими свойствами и оформите заказ на выгодных условиях.