專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂及其制作工藝與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂及其制作工藝與應(yīng)用，屬化工原料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)鉛筆芯制造仍以石墨粘土為主要原料，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境，嚴(yán)重危害人的身體健康，而且這種落后的生產(chǎn)工藝只能生產(chǎn)普通鉛筆芯，鉛芯的強(qiáng)度及韌性均不理想；為此，人們開(kāi)始研究以樹(shù)脂作粘結(jié)劑生產(chǎn)高強(qiáng)度鉛芯的工藝，例如，目前一些生產(chǎn)廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)采用了以醋酸乙烯共聚物做粘結(jié)劑制作鉛芯新工藝，該工藝雖能較大幅度提高鉛芯質(zhì)量，但由于其使用原材料復(fù)雜，成本非常高，且設(shè)備投資巨大，能耗高，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，一般廠(chǎng)家不能承受，因此難以推廣；另外，據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，國(guó)外一些廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)了以酚醛樹(shù)脂做粘結(jié)劑生產(chǎn)高強(qiáng)度樹(shù)脂鉛芯的新工藝，利用該工藝制作的鉛芯具有較高的強(qiáng)度及韌性，鉛芯直徑可做到0.3-0.5mm，但由于其原材料——酚醛樹(shù)脂的制作成本非常高，價(jià)格昂貴，全部依賴(lài)進(jìn)口根本不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，而傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的普通樹(shù)脂對(duì)石墨的粘結(jié)強(qiáng)度較差而無(wú)法代替，因此如何改變傳統(tǒng)工藝，生產(chǎn)高質(zhì)量、高性能且物美價(jià)廉的樹(shù)脂原料是一個(gè)亟待解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服上述已有技術(shù)的不足之處，提供一種制作工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、具有高性能的高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂及其制作工藝。
本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂，其特殊之處在于，它是由酚類(lèi)同系物和甲醛在強(qiáng)堿性環(huán)境下經(jīng)高低溫重復(fù)交叉反應(yīng)縮聚而成，其中酚類(lèi)同系物與甲醛的投料摩爾比為1∶1～1.5，反應(yīng)環(huán)境為PH＞13。
所述的高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂可采用下述制作工藝制作，其步驟包括a、預(yù)反應(yīng)階段將酚類(lèi)原料投入反應(yīng)釜中，加入適量的強(qiáng)堿，使PH＞13，加熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為70-90℃，反應(yīng)時(shí)間為40-100分鐘；b、高溫反應(yīng)階段向上述混合液中加入甲醛及適量的強(qiáng)堿，保持PH＞13，再次升溫加熱，反應(yīng)溫度為90-100℃，反應(yīng)時(shí)間為40-90分鐘，形成低分子量樹(shù)脂；c、低溫反應(yīng)階段將上述低分子量樹(shù)脂在60-80℃的溫度下繼續(xù)進(jìn)行縮合反應(yīng)，直至反應(yīng)終點(diǎn)，形成高分子量樹(shù)脂；d、脫水階段將上述制得的樹(shù)脂溶液進(jìn)行真空脫水，真空度控制在0.6-0.8MPa，5分鐘后升到0.8-0.9MPa，脫水溫度為60-70℃，脫水量為酚類(lèi)原料重量的40-70％；e、稀釋放料向上述制得的樹(shù)脂內(nèi)加入酒精稀釋溶解，稀釋至粘度為400-600S，攪勻，降溫至40℃以下即可放料。
上述高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂特別適用于制作石墨制品。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下突出的特點(diǎn)及實(shí)質(zhì)性進(jìn)步1、本發(fā)明的高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂是由反應(yīng)性低分子量預(yù)聚體和反應(yīng)性基因高分子量聚合物交聯(lián)而成，超常增多甲醛用量，且增大了催化劑強(qiáng)堿的用量，在強(qiáng)堿性環(huán)境下經(jīng)多次高低溫交叉反應(yīng)縮聚而成，增加其二、三羥甲基酚含量，迫使它在成型過(guò)程中反應(yīng)基因發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成體形結(jié)構(gòu)和在交聯(lián)反應(yīng)中形成附加的剛性結(jié)構(gòu)，這樣既可使復(fù)合材料在高溫處理下具有熱氧化穩(wěn)定性及優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，又能更好地控制復(fù)合材料的質(zhì)量及樹(shù)脂的交聯(lián)固化反應(yīng)；2、采用樹(shù)脂做粘結(jié)劑制作鉛芯等石墨制品，對(duì)樹(shù)脂的粘度、固化時(shí)間、固體含量以及游離酚含量等許多指標(biāo)都有較嚴(yán)格的要求，本發(fā)明的高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂具有粘度大、強(qiáng)度高等性能，制作的石墨制品具有較高的伸拉、壓縮和彎曲強(qiáng)度，且韌性好，具有自潤(rùn)滑、無(wú)氣孔、耐溶劑等優(yōu)良特性，而這些特性都是目前國(guó)內(nèi)外普通樹(shù)脂無(wú)法完成的；2、本發(fā)明高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂的制作工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，能耗低，成本低廉，每噸市場(chǎng)售價(jià)約為1.2萬(wàn)元左右，僅與進(jìn)口酚醛樹(shù)脂每噸3萬(wàn)元相比，就為各生產(chǎn)廠(chǎng)商節(jié)省成本達(dá)50％多，可謂“物美價(jià)廉”。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步地解釋說(shuō)明。
實(shí)施例1用苯酚和甲醛為原料，所需重量以摩爾比計(jì)算，即以常用的1mol的苯酚對(duì)其他原料的摩爾數(shù)配比來(lái)計(jì)算，計(jì)算公式G=M×N×ρ94×PQ]]>式中G-所計(jì)算的原料量M-所計(jì)算原料的分子量N-苯酚與所計(jì)算原料的摩爾比數(shù)Q-所計(jì)算原料的濃度ρ-苯酚的純度P-苯酚的質(zhì)量參照上述公式，取苯酚200kg，甲醛230kg(常用365％甲醛溶液)，即苯酚與甲醛的投料摩爾比為1∶1.3，將苯酚投入反應(yīng)釜中，加入8kg強(qiáng)堿NaOH(常用30％NaOH溶液)，使反應(yīng)釜內(nèi)PH＞13，加熱到70℃，保溫反應(yīng)40分鐘，然后向混合液中加入甲醛，再加入8kg強(qiáng)堿NaOH，保持釜內(nèi)PH＞13，升溫加熱至反應(yīng)釜內(nèi)沸騰，保持溫度在90-100℃內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)，此階段主要形成多羥基小分子樹(shù)脂，反應(yīng)90分鐘后，降溫至60℃，保溫繼續(xù)進(jìn)行縮合反應(yīng)，直至混合液出現(xiàn)渾濁即為反應(yīng)終點(diǎn)，形成高分子量樹(shù)脂；到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)后立即進(jìn)行真空脫水，脫水時(shí)真空度先控制在0.6MPa，5分鐘后升至0.85MPa，脫水溫度保持在60℃，脫水量為100kg；然后向反應(yīng)釜內(nèi)加入適量的98％工業(yè)酒精進(jìn)行稀釋?zhuān)琳扯葹?00S，攪勻，降溫到40℃以下即為成品高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂。
對(duì)本產(chǎn)品進(jìn)行性能指標(biāo)檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)下表

從上表可看出，本產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)均超出現(xiàn)有產(chǎn)品，粘度大，強(qiáng)度高。
取本例的高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂，加入石墨粉、石蠟等原料，按照鉛筆芯的常規(guī)制作工藝制作鉛筆芯混煉機(jī)(捏合機(jī))混勻——三輥煉膠機(jī)混煉——三輥煉膠機(jī)混煉——打棒——擠絲——晾干——切段——烘烤——高溫烘烤——成絲。對(duì)成品鉛芯進(jìn)行性能指標(biāo)檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)下表

從上表可看出，用本發(fā)明高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂制作的鉛芯，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均高于現(xiàn)有產(chǎn)品，其強(qiáng)度高，韌性好，耐磨，是一種非常理想的鉛芯制品。
另外，用本發(fā)明高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂與普通樹(shù)脂作對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果是采用本發(fā)明高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂制作鉛芯時(shí)混壓20遍左右即可離滾成型，而采用普通樹(shù)脂作實(shí)驗(yàn)，與復(fù)合材料混壓高達(dá)200遍也難以下滾成型。
實(shí)施例2取苯酚200kg，甲醛200kg，即苯酚與甲醛的投料摩爾比為1∶1.14，將苯酚投入反應(yīng)釜中，加入5kg強(qiáng)堿NaOH，使反應(yīng)釜內(nèi)PH＞13，加熱到80℃，保溫反應(yīng)60分鐘，然后向混合液中加入甲醛，再加入5kg強(qiáng)堿NaOH，保持釜內(nèi)PH＞13，升溫加熱至反應(yīng)釜內(nèi)沸騰，保持溫度在90-100℃內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)，此階段主要形成多羥基小分子樹(shù)脂，反應(yīng)80分鐘后，降溫至70℃，保溫繼續(xù)進(jìn)行縮合反應(yīng)，直至混合液出現(xiàn)渾濁即為反應(yīng)終點(diǎn)，形成高分子量樹(shù)脂；到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)后立即進(jìn)行真空脫水，脫水時(shí)真空度先控制在0.6MPa，5分鐘后升至0.8MPa，脫水溫度為60℃，脫水量為80kg；然后向反應(yīng)釜內(nèi)加入適量的98％工業(yè)酒精進(jìn)行稀釋?zhuān)琳扯葹?00S，攪勻，降溫到40℃以下即為成品高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂。
實(shí)施例3取苯酚200kg，甲醛261kg，即苯酚與甲醛的投料摩爾比為1∶1.49，將苯酚投入反應(yīng)釜中，加入10kg強(qiáng)堿NaOH，使釜內(nèi)PH＞13，加熱到85℃，保溫反應(yīng)80分鐘，然后向混合液中加入甲醛，再加入10kg強(qiáng)堿NaOH，保持釜內(nèi)PH＞13，升溫加熱至反應(yīng)釜內(nèi)沸騰，保持溫度在90-100℃內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)，此階段主要形成多羥基小分子樹(shù)脂，反應(yīng)90分鐘后，降溫至75℃，保溫繼續(xù)進(jìn)行縮合反應(yīng)，直至混合液出現(xiàn)渾濁即為反應(yīng)終點(diǎn)，形成高分子量樹(shù)脂；到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)后立即進(jìn)行真空脫水，脫水時(shí)真空度先控制在0.7MPa，5分鐘后升至0.9MPa，脫水溫度為65℃，脫水量為140kg；然后向反應(yīng)釜內(nèi)加入適量的工業(yè)酒精進(jìn)行稀釋?zhuān)琳扯葹?00S，攪勻，降溫到40℃以下即為成品高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂。
實(shí)施例4取甲酚200kg，甲醛210kg，即甲酚與甲醛的投料摩爾比為1∶1.38(可參照實(shí)施例1中所述公式計(jì)算，只要將有關(guān)苯酚的數(shù)值換成甲酚即可)，將甲酚投入反應(yīng)釜中，加入5kg強(qiáng)堿NaOH，使釜內(nèi)PH＞13，加熱到90℃，保溫反應(yīng)100分鐘，然后向混合液中加入甲醛，再加入5kg強(qiáng)堿NaOH，保持釜內(nèi)PH＞13，升溫加熱至反應(yīng)釜內(nèi)沸騰，保持溫度在90-100℃內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)，此階段主要形成多羥基小分子樹(shù)脂，反應(yīng)40分鐘后，降溫至80℃，保溫繼續(xù)進(jìn)行縮合反應(yīng)，直至混合液出現(xiàn)渾濁即為反應(yīng)終點(diǎn)，形成高分子量樹(shù)脂；到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)后立即進(jìn)行真空脫水，脫水時(shí)真空度先控制在0.8MPa，5分鐘后升至0.9MPa，脫水溫度為70℃，脫水量為120kg；然后向反應(yīng)釜內(nèi)加入適量的工業(yè)酒精進(jìn)行稀釋?zhuān)琳扯葹?00S，攪勻，降溫到40℃以下即為成品高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂。
本發(fā)明的高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂屬高性能熱固性樹(shù)脂基體，可廣泛用于制作鉛芯等多種石墨制品。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂，其特征在于，它是由酚類(lèi)同系物和甲醛在強(qiáng)堿性環(huán)境下經(jīng)高低溫重復(fù)交叉反應(yīng)縮聚而成，其中酚類(lèi)同系物與甲醛的投料摩爾比為1∶1～1.5，反應(yīng)環(huán)境為PH＞13。
2.制作權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂的工藝，其步驟包括a、預(yù)反應(yīng)階段將酚類(lèi)原料投入反應(yīng)釜中，加入適量的強(qiáng)堿，使PH＞13，加熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為70-90℃，反應(yīng)時(shí)間為40-100分鐘；b、高溫反應(yīng)階段向上述混合液中加入甲醛及適量的強(qiáng)堿，保持PH＞13，再次升溫加熱，反應(yīng)溫度為90-100℃，反應(yīng)時(shí)間為40-90分鐘，形成低分子量樹(shù)脂；c、低溫反應(yīng)階段將上述低分子量樹(shù)脂在60-80℃的溫度下繼續(xù)進(jìn)行縮合反應(yīng)，直至反應(yīng)終點(diǎn)，形成高分子量樹(shù)脂；d、脫水階段將上述制得的樹(shù)脂溶液進(jìn)行真空脫水，真空度控制在0.6-0.8MPa，5分鐘后升到0.8-0.9MPa，脫水溫度為60-70℃，脫水量為酚類(lèi)原料重量的40-70％；e、稀釋放料向上述制得的樹(shù)脂內(nèi)加入酒精稀釋溶解，稀釋至粘度為400-600S，攪勻，降溫至40℃以下即可放料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂在石墨制品中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂及其制作工藝與應(yīng)用,屬化工原料技術(shù)領(lǐng)域,它是由酚類(lèi)同系物和甲醛在強(qiáng)堿性環(huán)境下經(jīng)高低溫重復(fù)交叉反應(yīng)縮聚而成,其中酚類(lèi)同系物與甲醛的投料摩爾比為1∶1～1.5,反應(yīng)環(huán)境為pH>13,本發(fā)明的高強(qiáng)度酚醛樹(shù)脂具有粘度大、強(qiáng)度高等性能,制作工藝簡(jiǎn)單,投資少,能耗低,成本低廉,用其制作的石墨制品具有較高的伸拉、壓縮和彎曲強(qiáng)度,且韌性好,具有自潤(rùn)滑、無(wú)氣孔、耐溶劑等優(yōu)良特性,而這些特性都是目前國(guó)內(nèi)外普通樹(shù)脂無(wú)法完成的,是一種非常理想的高性能熱固性樹(shù)脂基體。
文檔編號(hào)C08G8/04GK1386772SQ0211038
公開(kāi)日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2002年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月6日
發(fā)明者馮斌, 關(guān)延敏, 馮殿義 申請(qǐng)人:萊州市恒力達(dá)化工有限公司