Фенолформальдегидные смолы: получение и свойства¶

Фенолформальдегидные смолы — синтетические термореактивные полимеры, продукты поликонденсации фенолов с формальдегидом. Относятся к классу реактопластов: в исходном состоянии представляют собой олигомеры (резолы или новолаки), способные при нагревании или в присутствии отвердителя необратимо переходить в трёхмерную сетчатую структуру. Отверждённый материал — жёсткий, твёрдый, нерастворимый и неплавкий, с высокой теплостойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами. Промышленное производство началось в первые десятилетия XX века, и эти смолы стали одними из первых крупнотоннажных синтетических полимеров.

¶Сырьё и химия процесса

Основные реагенты — фенол (гидроксибензол) и формальдегид (обычно в виде водного раствора — формалина). Реакция идёт как поликонденсация: молекулы формальдегида присоединяются к фенолу, образуя метилольные группы (–CH₂OH), которые затем взаимодействуют друг с другом, выделяя воду и связывая ароматические ядра метиленовыми мостиками (–CH₂–).

Направление процесса зависит от условий:

• Мольное соотношение реагентов. Избыток формальдегида и щелочной катализатор дают резолы; избыток фенола и кислотный катализатор — новолаки.
• Катализатор. Щёлочи (гидроксид натрия, аммиак, гидроксиды щелочноземельных металлов) ускоряют образование метилольных групп; кислоты (соляная, щавелевая, серная) ведут к линейным олигомерам.
• Температура и время. На первой стадии получают олигомер, на второй — отверждают его.

¶Типы смол

Резолы содержат свободные метилольные группы и способны отверждаться самостоятельно при нагревании (110–180 °C) или при добавлении кислот. Новолаки метилольных групп почти не содержат, плавятся и растворяются, но требуют введения отвердителя — чаще всего гексаметилентетрамина (уротропина), который при нагревании разлагается и сшивает цепи.

¶Свойства

Отверждённые фенолформальдегидные смолы обладают комплексом характеристик:

• высокая теплостойкость (длительная работа до 120–150 °C, кратковременно выше);
• хорошие электроизоляционные показатели;
• стойкость к слабым кислотам, органическим растворителям, воде;
• жёсткость, твёрдость, износостойкость;
• негорючесть или низкая горючесть (с наполнителями).

К недостаткам относят хрупкость неармированного материала, выделение формальдегида при переработке и эксплуатации, а также ограниченную стойкость к щелочам и сильным окислителям. Окраска смол — от светло-жёлтой до тёмно-коричневой, часто тёмная.

¶Применение

Смолы используют как связующее и как основу композиционных материалов:

• Пластмассы и пресс-порошки — электротехнические изделия, ручки, корпуса, детали приборов.
• Слоистые пластики — гетинакс (с бумагой), текстолит (с тканью), стеклотекстолит (со стеклотканью).
• Клеи — для дерева, фанеры, ДСП, металла.
• Связующее — в производстве древесно-стружечных плит, абразивов, литейных форм, теплоизоляционных материалов.
• Лаки и покрытия — защита поверхностей, пропитка.

¶Безопасность и регулирование

Фенол и формальдегид токсичны; формальдегид классифицируется как канцероген. В производстве и при эксплуатации готовых изделий контролируют выделение свободного формальдегида, особенно в мебели и строительных материалах. Это привело к появлению модифицированных марок с пониженной эмиссией и к ужесточению нормативов в ряде стран.