可用于耐火材料的酚醛树脂
郑 革
(营口职业技术学院，辽宁营口1~5000)
摘 要： 探索了用于耐火材料的酚醛树脂的合成方法，以及介绍此酚醛树脂具有加热固化或加入定量的固化剂，在室温下固化等特点，可大量节约能源，节约劳动力。它完全固化后的粘结力强，机械强度高，在镁炭砖生产行业值得大力推广应用。
关键词： 酚醛树脂；镁炭砖；耐火材料
酚醛树脂是应用于工业上最早的一种合成树脂。由于它原材料来源丰富，合成工艺简单，成本较低，而且具有良好的化学性能、物理性能、机械性能和电器绝缘性能，具有广泛的用途。它还可以根据不同的使用要求，合成符合各种使用性能的酚醛树脂。目前很多新型树脂发展很快，用途也比较广泛，但真正用于耐火材料做粘结剂的，还只有这么一种特殊的酚醛树脂。它可用于高级耐火材料一镁炭砖的粘结剂。
1 试验部分
1．1 原材料
苯酚；甲醛；催化剂。
本树脂的配方和工艺都是特殊的，所以采用的催化剂也特殊。它是采用碱性和酸性两种催化剂，不是同时用而是在树脂反应前阶段用碱性催化剂，后阶段用酸性催化剂。碱性催化剂用氢氧化钠，在使用前配制10％的水溶液。酸性催化剂采用盐酸，事先配成10％的水溶液。树脂反应的第1阶段用碱性催化剂，第2阶段用酸性催化剂，最后还要用5％氢氧化钠中和来调节树脂的pH值为6 7之间。
1．2 试验设备
带搅拌器的反应釜(夹层可通蒸汽加热和通冷水冷却)。附有真空系统(真空泵、真空表、缓冲罐、冷凝器受器等。反应釜还应有测温和照明及观察镜，以备观察釜内反应物的反应情况；计量器具如磅秤、天平等；苯酚熔化烘箱；烧杯、试管、量筒、pH试纸等。
1．3 树脂制造
1．3．1 原材料准备
苯酚：事先放烘箱中熔化并取样品送化验室化验纯度。
甲醛：取样应搅拌均匀(有时底部有聚甲醛沉淀)取上、中、下3部分，送化验室化验甲醛含量、甲酸含量、甲醇含量、杂质含量、密度等项。
催化剂的配制：氢氧化钠分别配成10％的和5％的水溶液备用。盐酸配成10％的水溶液。
一般工业盐酸的纯度为35％，须经过计算，才能配制。
1．3．2 配方
苯酚：100％ 100质量份；甲醛：37％ 100质量份；氢氧化钠10％的水溶液约7．6质量份；盐酸10％的水溶液适量，用于调节反应物的pH值。
2 工艺过程
按计算好的配方各种原料用量，依下列顺序投料。先将事先熔化好的苯酚加入反应釜，再将配好10％的氢氧化钠溶液加入反应釜，开动搅拌器。反应釜夹层通入蒸汽加热。当反应物温度升到80 90℃时开始保温。保温1 h左右关闭蒸汽阀门，再放掉夹层的蒸汽。打开冷却水的进出阀门，迅速降温到40℃以下，准确加入配方量的甲醛。停止冷却水，开始给蒸汽使温度再升到70～80℃保持温度约1 h左右。取样加入样品2倍的水中呈混浊状态。即为此阶段的反应终点。即树脂化程度达到要求了。
苯酚加氢氧化钠反应阶段为第一阶段：
第二阶段为：酚钠+甲醛。
第三阶段继续反应：(加盐酸调pH=2～3)
三种甲氢基酚钠发生交联反应可生成上述分子结构较简单的低分子树脂。在2倍的水中就不能溶解了，呈现浑浊状态，称为乳化。如第一次取样试验不浑浊，说明树脂化反应程度不够，分子量还较低可溶解于水。那么还应当继续保持70～80℃反应。每隔10 min取1次样试验，直至达到浑浊为止。停止保温，关掉蒸汽阀门。打开冷却水阀门，迅速降温到40～50℃。再用事先配好的10％的盐酸中和反应物中的氢氧化钠。先少加部分，待搅拌均匀取样测pH值每隔10 min调试1次，逐步将pH值调到2～3。关掉冷却水，放掉夹层中的冷水。打开蒸汽阀门，使反应物升温到60-65℃反应。直到反应物呈现乳化(由观察镜可看到)。发现乳化就关掉蒸汽阀门，放掉夹层中的蒸汽并关上放汽阀门。打开冷水进出阀门开始降温。并加入部分事先配好的5％ 的碱液，搅拌均匀取样测pH值(每隔10 min取样调测1次)。调到pH为6～7之间。使温度降到40℃ 以下。停止搅拌，放置沉淀12 h。吸出上层水，然后加入适量(稍多余分出的上层水的量)。开动搅拌，充分搅拌约30 min后，停止搅拌沉淀6 h，吸出上层水。依此类推洗涤3次。目的是洗出树脂中的盐份和游离酚。洗完后，开始加热升温到65～70℃，抽真空脱水。物料温度不得超过70℃，真空度保持在90．66～93．33 kPa。进行真空脱水。脱水过程中要经常观察釜内物料的变化。一般是由于含水量逐渐减少，当少到一定程度，物料就呈现透明状态。当物料透明了即为脱水终点。此时即可停止抽空，停止加热放掉夹层的蒸汽，开始通人冷却水。降温到40℃以下，即可从釜底下的放料管放人包装桶内，置于阴凉处继续冷却到室温。即为成品。
酚醛树脂的合成过程可用图1表示。
3 结语
(1)酚醛树脂具有加热固化的特性。它的固化温度较高180～200℃。
(2)它还可以加入一定量的固化剂，在室温(20±5)℃的条件下放置40～48 h即可固化。若用于镁炭砖的生产可大量节约能源，节约劳动力。降低成本，提高经济效益。
(3)它完全固化后的粘结力强，机械强度高。这种树脂可以常温固化，在镁炭砖生产行业值得大力推广应用。
