Получение фенолформальдегидной смолы егэ

Задания

Версия для печати и копирования в MS Word

Методика проведения эксперимента: в пробирку помещаем несколько кристалликов фенола и добавляем 2-3 мл раствора формальдегида. Смесь нагреваем до растворения фенола.

Через 3 минуты к раствору добавляем 1 мл концентрированной соляной кислоты и продолжаем нагревание до расслоения смеси.

Пробирку помещаем в стакан холодной воды. После образования границы между слоями сливаем воду и быстро выливаем смолу на предметное стекло.

Испытываем образовавшуюся смолу на растворимость в этиловом спирте.

Небольшое количество смолы нагреваем в фарфоровой чашке до затвердевания и также испытываем на растворимость в спирте.

Опыт выполнен под руководством учителя химии, с соблюдением техники безопасности. Просим не повторять вас без соответствующей подготовки.

Видеофрагмент:

Химизм процесса — Теоретическое обоснование

Задание №1:

Установите соответствие между веществом и схемой его получения:
ВЕЩЕСТВО:
А) дивиниловый каучук
Б) фенолформальдегидная смола
В) нейлон

СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ:
1) nCH₂=CHꟷCH=CH₂ →
2) nCH₂=C(CH₃)ꟷCH=CH₂ →
3) nC₆H₅OH + nCH₂OH →
4) nHOOCꟷ(CH₂)₄ꟷCOOH + nH₂Nꟷ(CH₂)₆ꟷNH₂ →
5) nCH₂(OH)ꟷCH₂OH + nHOOCꟷC₆H₄ꟷCOOH→

Решение:
Первое вещество — дивиниловый каучук; создание этого полимера привело к огромному скачку в химической промышленности, отчасти благодаря синтезу Лебедева, который получил бутадиеновый(дивиниловый) каучук путем пиролиза этилового спирта(1926 г.); соответственно, этот каучук получают из дивинила, ответ 1.

Дивинил непосредственно связан с названием углеводородного непредельного радикала винила (CH₂=CHꟷ) . Название «винил» с латинского vinum означает «вино»(указывает на связь с этиловым спиртом).

Второе соединение — фенолформальдегидная смола; по самому названию видно, что данная смола состоит из двух органических веществ — фенола(C₆H₅OH) и формальдегида(HCOH), которые в процессе поликонденсации образуют столь важное соединение, ответ 3.

Последнее вещество — нейлон(искусственное волокно, класса полиамидов, используется в качестве ткани для одежды), его получают поликонденсацией адипиновой кислоты(HOOCꟷ(CH₂)₄ꟷCOOH) и гексаметилендиамина(H₂Nꟷ(CH₂)₆ꟷNH₂), ответ 4.

Задание №2:

Установите соответствие между веществом, и процессом/оборудованием, который используется для его получения.
ВЕЩЕСТВО:
А) чугун
Б) сталь
В) алюминий

ПРОЦЕСС/ОБОРУДОВАНИЕ:
1) электролиз расплава поваренной соли
2) доменная печь
3) электролиз боксита в расплавленном криолите
4) мартеновская печь

Решение:
Итак, чугун, как ты знаешь, это сплав железа и углерода(С более 2,14%), для его получения используют доменную печь(1200 С), в которой происходит множество реакций, которые в совокупности приводят к образованию твердого, не пластичного, но хрупкого материала, ответ 2.
Сталь, как и чугун, имеет в своем составе углерод и железо, однако, имеет существенное различие в соотношении этих элементов(C до 2,14%), обладает легкостью, высокой пластичностью, стойкостью; сталь получают в мартеновской печи(1700 С), ответ 4.
Алюминий получают электролизом боксита в расплаве криолита, об этом я уже писала на предыдущем уроке, ответ 3.

Задание №3:

Установите соответствие между веществом и способом его получения:
ВЕЩЕСТВО:
А) полипропилен
Б) фторопласт
В) бутадиенстирольный каучук

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ:
1) вулканизация
2) полимеризация
3) поликонденсация
4) сополимеризация

Решение:
Полипропилен((C₃H₆)_n) — это полимер, который образуется путем полимеризации соответствующего алкена пропилена(C₃H₆), ответ 2.
Фторопласт — общее название фторсодержащих полимеров, к которым, в частности, относится политетрафторэтилен(тефлон). Его можно получить реакцией полимеризации тетрафторэтилена, ответ 2.
Бутадиенстирольный каучук является важнейшим сырьем для изготовления таких продуктов, как шины, кабели, и жевательные резинки(!), получить в промышленности такой каучук можно сополимеризацией, ответ 4.

Сополимеризация — это процесс получения сополимеров, по сути представляет совместную полимеризацию нескольких мономеров, например, бутадиена и стирола(оба имеют кратную связь). Различают радикальную, анионную и катионную сополимеризацию.

Задание №4:

Установите соответствие между веществом и областью его применения:
ВЕЩЕСТВО:
А) целлюлоза
Б) фосфоритная мука
В) медь
Г) алюминий

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ:
1) производство суперфосфата
2) искусственные волокна
3) электротехническая промышленность
4) получение стекла
5) производство аммиака

Решение:
Целлюлоза, (C₆H₁₀O₅)_n — это органический полимер, растительный углевод, из которого делают искусственные волокна, ответ 2.
Фосфоритная мука представляет собой минеральное фосфорное удобрение с <30% ортофосфата кальция, используется в производстве суперфосфата(кристаллогидрат дигидрофосфата кальция), ответ 1.
Медь используется в электротехнической промышленности за счет идеальной электропроводности и высоких параметров проводимости тепла, ответ 3.
Алюминий, также как медь, нашел свое применение в электротехнической промышленности в качестве материала для кабелей, шинопроводов, выпрямителей переменного тока, ответ 1.

Задание №5:

Установите соответствие между веществом и его воздействием на организм:
ВЕЩЕСТВО:
А) аргон и азот
Б) метанол
В) этанол
Г) соли свинца

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОРГАНИЗМ:
1) наркотическое воздействие
2) токсическое воздействие, быстро приводящее к летальному исходу
3) токсическое воздействие, приводящее к тяжелым заболеваниям
4) не влияет на жизнеспособность организма
5) улучшает состояние организма

Решение:
Аргон и азот — это два газа, являются составными частями воздуха(азот>70%, аргон<1%), а значит, не имеют отрицательного влияния на организм, ответ 4.
Метанол — это яд, который в целом внешне похож на этанол, однако, употребление его перорально вызывает слепоту, а в дальнейшем смерть от удушья, ответ 2.
Этанол — это токсическое вещество, которое оказывает наркотическое действие на мозг, заставляя организм входить в непривычное и неестественное состояние опьянения, со временем оказывает только отрицательное влияние в виде проблем с почками, кожей, желудком, печенью, усугубляющее нормальное состояние человека, ответ 1.
Соли свинца воздействуют на организм человека отрицательно, приводя к тяжелым заболеваниям, ответ 3.

Задание №6:

Установите соответствие между схемой химической реакции и областью ее применения:
СХЕМА РЕАКЦИИ:
А) 2AgHal(облучение) → 2Ag + Hal₂
Б) PbS + 4H₂O₂ = PbSO₄ + 4H₂O
В) 2(OCl^—) = Cl₂ + O₂
Г) 2(NH₄)₂CO₃ → 2NH₃ + CO₂ + H₂O

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ:
1) реставрация картин
2) отбеливание тканей и дезинфекция
3) черно-белая фотография
4) хлебопекарная и кондитерская промышленность
5) получение синтетических красителей

Решение:
Первая реакция — облучение галогенида серебра применяется для черно-белых фотографий, ответ 3.
Вторая реакция — окисление сульфида свинца применяют в реставрации картин, ответ 1.
Третий процесс — получение чистого хлора и кислорода — всем известные процессы отбеливания и дезинфекции, ответ 2.
Последняя реакция — это разложение карбоната аммония, используется в хлебопекарной промышленности, ответ 4.

Задание №7:

Установите соответствие между раствором вещества и его применением в лаборатории:
РАСТВОР ВЕЩЕСТВА:
А) аммиачный раствор оксида серебра
Б) известковая вода
В) нитрат серебра
Г) бромная вода

ПРИМЕНЕНИЕ В ЛАБОРАТОРИИ:
1) обнаружение карбонат-ионов
2) обнаружение йодид-ионов
3) обнаружение альдегидов
4) обнаружение алкенов
5) обнаружение этанола

Решение:
Начнем с аммиачного раствора оксида серебра — это достаточно известная качественная реакция на альдегиды(в результате выделяется чистое серебра и аммоний — производное карбоновой кислоты), ответ 3.

!ВАЖНО: Муравьиная кислота(HCOOH) также может вступать в реакцию «серебрянного зеркала«.

Известковая вода(гашеная известь, Ca(OH)₂) используется в качестве обнаружения карбонат-ионов(карбонат кальция — это осадок белого цвета), ответ 1.
Нитрат серебра — эта соль может обнаруживать йодид-ионы(за счет осадка AgI), ответ 2.
Бромная вода является качественным реагентом на кратные связи, в том числе на алкены, ответ 4.

Задание №8:

Установите соответствие между веществом/ группой веществ и правилами работы с ними в лаборатории:
ВЕЩЕСТВО:
А) приготовление растворов кислот
Б) пламя горящего натрия можно погасить, используя
В) приготовление растворов твердых щелочей проводят
Г) пламя горящих органических веществ можно погасить, используя

ПРАВИЛА РАБОТЫ:
1) песок или порошковый огнетушитель
2) растворение проводят осторожно и в фарфоровой посуде
3) песок или углекислотный огнетушитель
4) растворение проводят осторожно, приливая холодную воду к веществу
5) растворение проводят осторожно, приливая вещество к холодной кислоте

Решение:
Приготовление растворов кислот — это ответственный процесс, так как большинство минеральных кислот являются опасными для органических субъектов, это действие проводят ПРИЛИВАЯ ВЕЩЕСТВО К ВОДЕ! Ответ 5.
Пламя горящего натрия можно погасить с помощью песка или порошкового огнетушителя(горящие щелочные металлы водой тушить НЕЛЬЗЯ), ответ 1.
Приготовление растворов твердых щелочей проводят естественно осторожно и в фарфоровой посуде, ответ 2.
Пламя горящих органических веществ можно погасить, используя песок или углекислотный огнетушитель, ответ 3.

Задание №9:

Установите соответствие между формулой вещества и его токсическими свойствами:
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА:
А) CO₂
Б) CO
В) HCl
Г) N₂

ТОКСИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА:
1) ядовитый газ желто-зеленого цвета
2) ядовитый газ с резким запахом
3) ядовитый газ без цвета и запаха
4) не ядовитый газ без цвета и запаха
5) ядовитый газ с запахом тухлых яиц

Решение:
Первый в списке — углекислый газ, каждый знает его физические свойства, потому что он является составной частью воздуха, а также представляет собой тот газ, который мы выдыхаем, ответ 4.
Следующий газ — угарный, это ядовитый газ без цвета и запаха, ответ 3.
Хлороводород — это ядовитый газ с резким запахом, ответ 2.
Последним веществом является азот, этот газ входит в состав воздуха(>70%), это газ без запаха и цвета, ответ 4.

Задание №10:

Установите соответствие между формулой вещества и областью его применения:
ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА:
А) C₃H₈O₃
Б) AlCl₃
В) CCl₄
Г) CH₄

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ:
1) в качестве топлива
2) в качестве катализатора в органическом синтезе
3) в качестве растворителя
4) в медицине и в косметических средствах
5) получение каучука

Решение:
C₃H₈O₃ это глицерин, трехатомный спирт, который используется в косметических средствах и медицине, ответ 4.
Хлорид алюминия является катализатором в реакции изомеризации алканов, ответ 2.
Тетрахлоруглерод — это галогенпроизводное алканов, используемое в качестве растворителя, ответ 3.
Последнее вещество из списка — метан, так как он входит в состав нефти, то из него получают топливо для двигателей внутреннего сгорания, ответ 1.На этом все!

• Дисциплина: Химия
• Номер вопроса в билете: 26
• Баллы: 1
• Сложность: Базовый
• Установите соответствие между высокомолекулярным веществом и способом его промышленного получения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
  ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОЕ ВЕЩЕСТВО
  • А)фенолформальдегидная смола
  • Б)резина
  • В)каучук

  СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ
  • 1)полимеризация
  • 2)вулканизация каучука
  • 3)гидрогенизация
  • 4)сополиконденсация

  Баллы: 0 из 1

• Подробное решение

• фенолформальдегидная смола — это надо помнить, что формально реакция получения фенолформальдегидной смолы — это реакция поликонденсации. Поликонденсация — процесс синтеза полимеров из полифункциональных (чаще всего бифункциональных) соединений, обычно сопровождающийся выделением низкомолекулярных побочных продуктов (воды, спиртов и т. п.) при взаимодействии функциональных групп. Но тут нет поликонденсации, а есть сополимеризация. сополимеры  — разновидность полимеров, цепочки молекул которых (макромолекулы) состоят из двух или более различных структурных звеньев.  А тут как раз 2 молекулы мономеров  фенол и формальдегид.

   

  n

  O
  H
  H
  +
  n

  H
  C
  O
  H

  O
  H
  C
  H
  2

  n
  +
  (n-1)
  H
  2
  O
   

  резина — вулканизация каучука серой.  Вулканизация  — технологический процесс взаимодействия каучуков с
  вулканизирующим реагентом, при котором происходит сшивание молекул
  каучука в единую пространственную сетку

  каучук —  скорее всего речь идет про синтетический каучук, который часто неправильно называют и «натуральным»
  это цис- полимер изопрена. Реакция полимеризации.

   

  n

  H
  2
  C
  C
  H
  3
  C
  C
  H
  C
  H
  2

  C
  H
  2
  C
  H
  3
  C
  C
  H
  C
  H
  2

  n
   

Металлы

Неметаллы

Щелочные

Щелоч-зем

Благородные

Галогены

Халькогены

Полуметаллы

s-элементы

p-элементы

d-элементы

f-элементы

Получение фенолформальдегидной смолы уравнение реакции

Фенолформальдегидные смолы [-C₆H₃(OH)-CH₂-]_n – продукты поликонденсации фенола C₆H₅OH с формальдегидом CH₂=O.
Взаимодействие фенола с формальдегидом идет по схеме:

Роль реакционноспособных функциональных групп в этих соединениях играют:

• в феноле – три С-Н-связи в орто— и пара-положениях (легче идет замещение в двух орто-положениях);
• в формальдегиде – двойная связь С=О, способная к присоединению по атомам С и О.

Это определяет возможность образования цепных макромолекул по схеме поликонденсации:

Реакция проводится в присутствии кислых (соляная, серная, щавелевая и другие кислоты) или щелочных катализаторов (аммиак, гидроксид натрия, гидроксид бария).

Механизм конденсации фенола с формальдегидом в условиях кислотного катализа

При избытке фенола и кислом катализаторе образуется линейный полимер –новолак, цепь которого содержит приблизительно 10 фенольных остатков, соединенных между собой метиленовыми (-СН₂-) мостиками.

Новолаки – термопластичные полимеры, которые сами по себе не способны переходить в неплавкое и нерастворимое состояние. Но они могут превращаться в трехмерный полимер при нагревании их с дополнительной порцией формальдегида в щелочной среде. При использовании щелочных катализаторов и избытка альдегида в начальной стадии поликонденсации получаются линейные цепи резола:

При дополнительном нагревании эти цепи «сшиваются» между собой за счет групп -CH₂OH, находящихся в пара-положении фенольного кольца, с образованием трехмерного полимера – резита:

Таким образом, резолы являются термореактивными полимерами. Фенолоформальдегидные полимеры применяются в виде прессовочных композиций с различными наполнителями, а также в производстве лаков и клея.

Учебный фильм «Фенолоформальдегидные пластмассы»

Учебный фильм «Термоактивные пластмассы»

Свойства, применение и структурная формула фенолформальдегидной смолы

Смолы могут быть получены из натуральных элементов либо промышленным методом, последние называются синтетическими. Они отличаются более приемлемой стоимостью и дают надежный результат при применении. Фенолформальдегидная смола является востребованным типом материала, который используется при строительстве и других работах. Подробно об особенностях формальдегидной смолы будет рассказано далее.

Свойства смолы

Смола с основой из фенола и формальдегида относится к синтетическому типу. Химическое уравнение элемента — C6H3(OH)-CH2-]n. Первым разработал вещество А. Байер, поняв, что реакция фенола и формальдегида при нагревании производит образование воды и полимера. Тот эксперимент дал хрупкий элемент, после его улучшили, сейчас в состав добавляются разные вещества для получения лучших свойств.

Фенол смолы химические свойства заключаются в следующем:

• Структурная характеристика – жидкие либо твердые;
• Образуется в кислой либо щелочной среде;
• Обладает высокой степенью электроизоляции;
• Устойчивость к механическим нагрузкам;
• Стойкость к ржавчине;
• Растворяется в щелочах, углеводороде, кетон, разбавитель хлористого типа.

Резольные смолы

Данный тип смол выделяется тем, что при нагреве и долгом сроке хранения получают неплавкое свойство, также не растворяются. Чтобы при производстве получить смолы под названием резольные они проходят следующие этапы:

• Резолы проходят этапы расплавления либо растворяются в спиртовом, ацетонном или водно-щелочном растворе. Способ дает смесь низко молекулярных слияний элементов реакции;
• Резитолы, получаются из веществ, которые называют резолами. Когда те долго хранятся либо подвергаются влиянию высоких температур. Не растворяются в спиртовом или ацетоном растворе, лишь немного набухают, однако при нагреве размягчаются;
• Резиты, на этой стадии отсутствует набухание в растворителях, размягчение тоже не происходит.

Применение материала

Фенолформальдегидная смола применяется в разных сферах деятельности, с помощью нее в промышленности изготавливают разные классы пластмассы. Использование в быту популярно, разный пластик получают при разном типе воздействия. Пластмасса часто используется в медицине.

Фенолформальдегид применяется при производстве лаковой продукции, клеевых растворов, герметиков.

Так она применяется для производства следующих изделий:

• Тормозные колодки в поездах, элементы автомобиля и т.п.;
• Абразивные приспособления;
• Детали электрических приборов;
• Корпусные части смартфонов;
• В радио-промышленной сфере;
• Для изготовления оружия и другой военной техники;
• Для изготовления посуды, которую не подвергают нагреву;
• Для бижутерии, сувенирной продукции;
• Другое.

Не используется смола для изделий, которые будут напрямую контактировать с пищей.

Механизм образования фенолоформальдегидных смол

Механизм получения смолы предполагает соединение к 1-му молю фенола от 1-3-х молей формальдегида в 2-х ортоположениях и пароположении. Когда второго элемента больше, то вырабатывается резольный тип вещества. Если фенола больше, то образуется новолачный тип.

Первая стадия реакции характеризуется получением в итоге резольной смолы типа А. Присутствие в данном процессе метилольных групп, способствует созданию реакционного взаимодействия поликонденсации, когда мономеры переходят в полимеры. Нагревательный процесс вырабатывает резит.

Фенолспиртовые вещества, когда фенола много образует метилолдиоксидифенилметан. После поликонденсации переходит в новолачный тип смолы.

Производство фенолформальдегидной смолы

Можно получить материал с использованием метана и метанола, тогда преобразуется формальдегид, который соединяют с фенолом. Технологический процесс выполняются следующим образом:

• Используется 40-процентный раствор формальдегида в объеме 3 мл;
• Смешивается раствор с 2-граммами кристаллического фенола;
• Добавляется 3 капли соляной кислоты;
• После закипания раствора он станет прозрачным;
• Если реакция должна проходить медленнее, то тару остужают;
• Чтобы проверить результат, можно в стадии резола использовать спирт, где он легко растворяется;
• Если раствор простоит долгое время, то способность растворяться исчезнет, вещество перейдет в резитол;
• В конце раствор нагревается и становится твердым, цвет переходит в красный.

Горение продукта не происходит, он подвергается обугливанию. Огонь приобретет желтый оттенок, и появится неприятный запах фенола.

Технологический процесс получения фенолоформальдегидной резольной смолы

Сырьевыми компонентами при создании резольных смол могут выбираться фенол, крезол, ксиленол, крезольно-фенольные фракции. Формальдегид используется в концентрации 36-40-процентов.

Могут производиться разные типы материала. Есть жидкие и твёрдые виды, последние применяются при изготовлении лаковой продукции. Бывают другие типы смол с использованием вместо фенола карбамида, карбамидные смолы тоже пользуются популярностью.

Экологические аспекты

Для экологии использование ядовитых компонентов при производстве смолы становится опасностью. Проблемой считается вредность токсичных элементов, а именно процесс их утилизации. Так СанПиН следит за использование элементов, и количеством которые применяются.

Вред материала

Положительные стороны применения смолы сопровождаются вредом, которые вещества могут принести физическому здоровью человека. Фенол и формалин относятся к ядовитым элементам. Им характерны следующие вредные свойства:

• Влияют негативно на нервную систему организма;
• Способствуют появлению сыпи и дерматитов;
• Могут вызвать аллергическую реакцию и бронхиальную астму.

Регулируется не только количество используемых веществ при производстве, но также безопасность работы. Из-за этого фенолформальдегидная смола вреднее эпоксидной.

Процесс изготовления

В прибор добавляется фенол, аммиак и формалин, производится нагревательный процесс, температурный режим ставится на 80-градусов. Когда нужная температура достигнута, то подача пара останавливается. В котле же температура увеличивается и дальше до 100-радусов, способствуя продолжению реакции. Проверяется результат по степени помутнения вещества, когда результат достигает 75-80 градусов, процесс завершается.

Может производиться дальнейшая сушка смолы, если необходимо получить твердый вариант. Если нужен жидкий тип, то процесс завершается после получения конденсата и проверки результата. После отделяется вода от полученной смолы. Резол переливается в емкость.

Крезолоформальдегидные смолы

Данный тип смол получают с использованием пара-, орто- и метакрезола. Берется крезол с формалином в равных пропорциях. Если больше формалины, то вырабатывается резольные смолы, если крезола, то новолачные. Технологический процесс производства одинаков с изготовлением фенолформальдегидных смол.

Жидкие бесспиртовые бакелитовые смолы

При промышленном производстве электроизоляционной техники часто используется данный тип смол. Выбираются типы ОФ и ОК. Связано это с возможностью не использовать дорогой этиловый спирт (этанол).

Смолу получают с помощью конденсации фенола с формальдегидом, также необходим аммиачный вид катализатора. Устройства для изготовления используются те же, что и для работы с сухими смолами. Применяется температурный режим более низкий, до 85-градусов. Не проводится этап просушки, просто удаляется вода от смолы.

Малорастворимые фенолоформальдегидные смолы

Когда применяется реакция конденсации фенола и формальдегида, то получаются не растворяющиеся в масле смолы. Смена фенола на его производные способствует получению маслорастворимых смол. Смешения элементов с маслами дает возможность получить качественные лаки.

Также можно получить масляные эмаль-лаки, которые применяются для эмалирования проводов. Распространено создание разных реакций для получения смол, используемых в электроизоляционных работах.

Этерифицированные смолы

Этерификация способствует соединению смолы с растительными маслами и иными типами смол. Процесс производится с помощью бутилового спирта. Так при определённых условиях можно, например, получить бутоксикрезолоформальдегидную смолу РБ.

Смола производится растворного типа в бутаноле, выделится нижеописанными свойствами:

• Бесцветная жидкость с желто-красным оттенком по виду;
• Уровень вязкости ВЗ4 при 2-градусном воздействие составляет 100-300с.

Данный тип материала используется в 60%-растворе для изготовления электроизоляционных лаковых продуктов (Фл-98, ПЭ-933).

Фенолформальдегидная смола позволяет повысить качество разнообразной продукции, с помощью нее производят различные материалы. Она отличается рядом положительных свойств. Но является опасным веществом, поэтому при производстве должны соблюдаться правила СанПиНа. Ее изобретение важным звеном для получения разнообразных материалов.

Видео: Получение фенолформальдегидной смолы

Фенолоформальдегидные смолы

В зависимости от природы и соотношения компонентов, а также от применяемого катализатора фенолоформальдегидные смолы делят на два вида:

1. термореактивные или резольные;
2. термопластичные или новолачные смолы.

Резольные смолы

При нагревании или длительном хранении эти смолы переходят в неплавкое и нерастворимое состояние, а новолачные смолы термопластичны и могут сохранять плавкость и растворимость при длительном хранении, а также при нагреве до 200 °С. Резольные смолы при переходе из плавкого растворимого состояния в неплавкое и нерастворимое проходят три стадии, характеризующие их состояние:

1. Резолы — смолы в стадии А. Плавятся при нагревании и растворяются в спирте, ацетоне и в водных растворах щелочей. Представляют собой смесь низкомолекулярных соединений продуктов реакции.
2. Резитолы — смолы в стадии В. Образуются при нагревании или длительном хранении резолов, представляют собой смесь резольной смолы и высокомолекулярных неплавких и нерастворимых соединений. Они нерастворимы в спирте и ацетоне, а только набухают в них, не плавятся, но размягчаются при нагревании.
3. Резиты — смолы в стадии С. Содержат в основном трехмерные высокомолекулярные соединения. Не плавятся и не размягчаются при нагревании и нерастворимы и не набухают ни в каких растворителях. Резольные смолы в стадии С обладают высокими физико-электрическими свойствами.

Механизм образования фенолоформальдегидных смол

Функциональность фенола составляет 1–3, т. е. на 1 моль фенола может присоединяться от 1 до 3 молей формальдегида в двух ортоположениях и в параположении (рис. 1).

Рис. 1.

При эквимолекулярных количествах реагентов или при избытке формальдегида в присутствии щелочного катализатора образуются смолы резольного типа, при избытке фенола в кислой среде — новолачные. При синтезе резольных смол обычно берут на 6 молей фенола 7 молей формальдегида, и реакция идет по схеме, приведенной на рис. 2.

Рис. 2.

На первой стадии процесса одновременно получаются оксибензиловый спирт, ди- и триметилольные производные фенола (рис. 3), которые реагируют между собой с образованием макромолекулы резольной смолы. В щелочной среде в результате взаимодействия фенолоспиртов за счет метилольных групп в пароположении образуется резольная смола в стадии А (рис. 4).

Рис. 3.

Рис. 4.

Наличие в этих макромолекулах метилольных групп позволяет им вступать в дальнейшие реакции поликонденсации между собой. Под влиянием дальнейшего нагрева происходит процесс отверждения смолы с выделением воды и образованием молекул трехмерной структуры резита (рис. 5).

Рис. 5.

Процесс отверждения, то есть превращения в резит, может происходить в условиях нормальной температуры, но длительное время (от 6 мес. до 1 года). При повышении температуры скорость сильно возрастает.

Новолачные смолы образуются при избытке фенола в кислой среде. Обычно берут 7 молей фенола и 6 молей формальдегида, в качестве катализатора применяют соляную кислоту. В этом случае реакция идет по схеме, указанной на рис. 6.

Рис. 6.

Фенолоспирты при избытке фенола реагируют с фенолом и образуют метилолдиоксидифенилметан (рис. 7), который при дальнейшей поликонденсации дает новолачные смолы, имеющие строение, показанное на рис. 8.

Рис. 7.

Рис. 8.

В новолачную смолу входит смесь соединений линейного строения с молекулярной массой 200–1300. В отличие от резола молекулы новолачной смолы не содержат метилольных групп и поэтому не способны вступать в реакцию поликонденсации между собой и не образуют пространственных структур. Новолачные смолы могут быть переведены в неплавкое и нерастворимое состояние путем обработки их формальдегидом, параформом или чаще всего гексаметилентетрамином при повышенной температуре.

Технологический процесс получения фенолоформальдегидной резольной смолы

В производстве резольных смол в качестве сырья применяют фенол, крезол, ксиленол, а также фенольно-крезольные фракции, содержащие их смесь. Применяется и смесь ФДК (фенол, дикрезол, ксиленол). Формальдегид применяют в виде 36–40-процентного раствора (формалин).

Резольные фенолоформальдегидные смолы изготавливают различных марок, в виде жидких (ОФ, ОК) или твердых смол (ИФ, ИК) для получения спиртовых лаков. Приведем процесс получения резольной (бакелитовой) смолы.

Состав:
Фенол 100% — 6 молей
Формалин 40% — 7 молей
Аммиак 25% — 5% (по массе фенола)

Процесс изготовления

В реактор загружают фенол (в виде водного раствора), формалин и аммиак. Смесь в котле нагревают до 80 °С, подавая в рубашку котла водяной пар. При достижении 80 °С начинается экзотермическая реакция, и подачу пара прекращают. Вследствие экзотермичности процесса температура в котле поднимается до 100 °С, и реакция продолжается. В это время холодильник работает по обратной схеме для возможности возврата паров формалина в котел. Процесс варки смолы контролируют по температуре, при которой происходит помутнение охлаждаемой в стаканчике пробы смолы.

Процесс изготовления смолы заканчивают, когда температура помутнения пробы смолы (разделение на два слоя) достигнет 75–80 °С.

Для процесса сушки смолы холодильник переключают на прямую схему и соединяют со сборником конденсата и вакуум-насосом. Массу в реакторе нагревают до70–80 °С и при этой температуре и вакууме 600–700 мм рт. ст. сушат до момента, когда скорость полимеризации будет в пределах 90–120 с при нормальных условиях (температура 18 °C и давление 760 мм рт. ст.). Готовую смолу выгружают через нижний сливной штуцер либо (при получении лака) разбавляют спиртом.

Для получения жидких резольных смол сушку смолы под вакуумом не производят, а процесс изготовления смолы заканчивают после процесса конденсации и определения готовности смолы. После этого смолу перекачивают с помощью сжатого воздуха в отстойник, где происходит отделение надсмольной воды от смолы. После отделения водного слоя жидкий резол (нижний слой) сливают в тару.

Рис. 9. Схема производства фенолоформальдегидных смол и лаков
1 — котел для варки бакелитовых смол;
2 — феноловыплавитель;
3 — конденсатор;
4 — монжус для фенола;
5 — монжус для формалина;
6 — резервуар с обогревом;
7 — резервуар для формалина;
8 — резервуар для аммиака;
9 — монжус для аммиака,
10 — бак для спиртовых лаков;
11 — бак_отстойник;
12 — весовой мерник для фенола;
13 — весовой мерник для формалина;
14 — мерник для аммиака;
15 — мерник для растворителя;
16 — конденсатор;
17 — пеноловушка;
18 — вакуум_насос;
19 — шестеренчатый насос;
20 — вакуум_ловушка

Крезолоформальдегидные смолы

Технический трикрезол, применяемый для производства смол, представляет собой смесь трех изомеров крезола: орто-, мета- и паракрезола (рис. 10).

Рис. 10.

При взаимодействии с формальдегидом орто- и паракрезол реагируют только в двух точках, а метакрезол в трех точках, поэтому могут образоваться смолы с различными свойствами. Так, орто- и паракрезолы образуют термопластичные смолы, метакрезол может образовывать термореактивные. Поэтому количество метакрезола в трикрезоле должно быть не менее 40%. Трикрезол с таким содержанием метакрезола реагирует с формальдегидом так же, как и фенол.

При изготовлении крезолоформальдегидных смол крезол и формалин берут примерно в равных количествах. При избытке формалина получаются резольные смолы, а при избытке крезола — новолачные. Процессы изготовления этих смол аналогичны процессам изготовления фенолоформальдегидных смол.

Свойства крезольных смол несколько отличаются от фенольных. У крезольных смол время полимеризации, влагостойкость и электрические свойства выше.

В таблице 1 приведены сравнительные характеристики фенольных и крезольных смол, в таблице 2 — свойства смолы в стадии С.

Смола

Температура размягчения, °С

Период полимеризации при 160 °С, с

Содержание

свободного фенола, %

Влажность, %

Фенолоформальдегидная спирторастворимая марки ИФ

Таблица 1. Свойства фенолоформальдегидных (бакелитовых) смол

Фенолы

Фенолы — кислородсодержащие ароматические соединения, в молекулах которых содержится одна или несколько гидроксильных
групп (OH), присоединенных к бензольному кольцу.

Номенклатура фенолов

Нумерацию атомов углерода в молекуле фенола начинают в такой последовательности, чтобы заместители получили наименьшие
номера (идут кратчайшим путем). В основе названия принято сохранять тривиальное название «фенол».

Напомню, что гидроксильная группа является ориентантом I порядка (орто-, пара-ориентант). Поэтому реакции галогенирования,
нитрования протекают в орто- и пара-положениях.

Получение фенолов

• Гидролиз галогенбензолов

При гидролизе галогенбензолов происходит обмен: гидроксогруппа встает на место атома галогена.



• Кумольный способ

Этим способом получают 95% всего производимого фенола. В ходе этой реакции кумол (изопропилбензол) подвергают окислению,
в результате получается фенол и ацетон.

Химические свойства фенолов

• Кислотные свойства

Щелочные металлы (Li, Na, K) способны вытеснять водород из фенолов с образованием солей — фенолятов.
В отличие от алифатических одноатомных спиртов, фенолы способны вступать в реакцию с щелочами (KOH, LiOH, NaOH)



• Галогенирование

Реакция фенола с бромной водой является качественной: в ходе нее выпадает белая взвесь — осадок
трибромфенола.



• Реакции с кислотами

Реакция между фенолом и азотной кислотой происходит по типу замещения. В бензольном кольце появляется новый радикал —
нитрогруппа. Важно учитывать, что OH группа фенола является ориентантом I порядка: замещение идет в орто-, пара-положении.



• Гидрирование

При гидрировании разрываются двойные связи бензольного кольца, образуется циклогексанол.



• Поликонденсация фенолов с формальдегидом

В промышленности получила широкое распространение реакция поликонденсации фенола с формальдегидом, приводящая к образованию
смолообразных полимеров (фенолформальдегидные смолы) и воды.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Блиц-опрос по теме Фенолы