桐油改性酚醛树脂的制造方法及其有关介绍纸基覆铜板主要有XPC 、FR-1 、FR-2 等几种型号。它们的树脂成分都是在桐油改性酚醛树脂的基础上加以调整。因对三种板材的树脂制造无法分别详细阐述,现只对XPC板的树脂工艺作重点介绍。
1.树脂合成的工艺流程
桐油改性酚醛树脂通过如下两步反应合成:桐油与苯酚在酸催化下反应(又称烧基化反应) ,生成桐油-苯酚加成物;桐油-苯酚加成物在碱催化下与甲醛发生缩合反应,制得桐油改性酚醛树脂。
(1) 烷基化反应反应曲线见图6-5-1 。在此反应阶段,催化剂用量的多少影响反应进行速度,当催化剂用量多时,升温反应剧烈,保温温度难以控制,当其用量少时,在升温过程中易出现自行升温达不到要求温度,需加温才能使反应进一步进行,但两者对树脂的粘度指标影响不明显。
桐油与苯酚的摩尔比影响着烷基化反应生成物的帖度,酚-桐油摩尔比过高、粘度减少,而摩尔比过低、粘度变大,分子量过大,与甲醛进行缩聚反应会有困难。
甲醛的投入量决定着树脂粘度的大小,在实际应用中,它对调节烷基化反应最终粘度起到很大的作用。
(2) 桐油-苯酚加成物与甲醛的缩合反应反应曲线见图6-5-2 。
①催化剂与反应生成物性质的关系苯酚在碱性介质中活化,羟甲基化反应速度大于亚甲基化反应速度,因此,有利于多是甲基参与,其进一步反应就生成初期树脂。所以,苯酚与甲醛(无论摩尔比如何)在碱催化剂作用下,都能生成热固性酚醛树脂。但过量时,生成的树脂游离酚高,性能不好。
②树脂初缩聚反应工艺条件在酸性或碱性催化剂下,酚与醛在一定温度下,进行初缩聚反应,在此阶段酚与醛结合为短甲基酚,进而生成有几个酚核组成的低分子树脂。由于反应体系的分子量逐渐增加,极性基因不断减少,因此达到一定程度后,树脂反应体系由原溶于水,逐渐变成不溶于水。这时体系由原透明的暗红色很快变成浑浊的乳白色,而后树脂初缩聚物与水分层。这表明反应到达"乳化"程度:水不再能溶解树脂的初缩聚现象。下层是树脂,其中包括有酚、是甲基酚和少量醛,上层主要是水。对于碱催化的热固性酚醛树脂来说,反应进行到"乳化"的出现,表明它的反应程度已经较深,应较快地转入真空脱水阶段。
在初缩栗阶段,控制"乳化"时的时间、温度,对生成的树脂的性能尤为重要。一般来说,对碱性树脂,采用较低温和长时间反应来达到反应体系的"乳化"。这样会使树脂活性基(反应点)较多,得到的树脂的结构均匀性好,最后收率大,反应程度好,可使游离酣少,粘度略有增大,软化点提高,俗称这种反应为低温慢速反应。而那种采用急加热,高温反应,迅速达到乳化的工艺操作,会造成与上述相反的结果。但也要考虑到生产效率,不可使此阶段反应时间过长。准确地把握"乳化"出现后转入到真空脱水与热加工阶段的时机是一个很重要的工艺技术问题,它一般要考虑到收率大小,树脂最后生成(A 阶段)时的胶化时间的长短;抽真空时间、抽真空设备的能力;冷凝器的效果等。采用乳化进行程度较深后,再转入脱水抽空的工艺,可提高树脂收率、反应也较完全、均匀。但要影响胶化时间变小。若考虑到当时抽空设备很快达到高真空程度较弱,冷凝器效果较差,且要延长胶化时
间,就要在树脂乳化出现的初期,很快转入真空脱水阶段。
判断乳化程度可采用测定"混浊度"方法,也可以用直接观察法。因为乳化变化比较明显,且在沸腾下乳化的期间,其温度稳定。所以一般生产碱性酚醛树脂,均常用乳化的标志,作为初缩聚反应阶段转入到真空脱水与热加工反应阶段的"控制点"。
③真空脱水与热加工的工艺条件初缩聚反应到乳化阶段后,反应体系的上层水,包含着水、游离酚、游离醛。有人曾对上层水中的成分进行过测定,其结果表明:氨催化的酚醛树脂的上层水中,游离酚、游离醛分别为4%-6% 和2%-4% 。为了使反应趋于完全,并使反应体系中的水、游离酚、醛等低分子物排除于体系之外,就要进行脱水与热加工,使树脂反应达到A 阶段的一定工艺指标。加工脱水和热加工可以在常压下进行,但这样需要花费的时间较长,低分子物也不易除去。通常都是在抽真空的条件下进行脱水和热加工。这种方式,实际是一个真空蒸馆的过程。
真空脱水完成效果的好坏是由以下几个主要因素影响和决定的。
a. 蒸发面积即反应釜的径高比,其径高比越大,树脂的蒸发面积越大,抽空效果也越好,但过大,也会影响生产效率。
b. 真空泵所能达到的真空度真空度越高,抽空效果越好,树脂中的低分子物被排除得越干净。在较高真空条件下脱水,可以降低反应体系的温度,减缓反应体系粘度的增加速度。由于在真空度下,被抽出物(即水、游离酣、醒)的沸点也有所降低,使它们更易于气化而被排除。
C. 真空泵的抽气速率(或抽气量) 抽气率(抽速)就是:对于给定气体,在一定温度和压力下,单位时间内从泵吸气口平面处抽除的气体容积。单位为Lis. m3/h。抽气量就是:对于给定气体,在一定温度下,单位时间内从泵吸气口平面处抽除的气体量,单位为Torr (以托)·L/s C1 Torr- Lis =133.332x10- 3 pa·m3 /s =133.332Pa·L/s)。常用真空泵可用抽气率或抽气量来表示抽出的气体量(在单位时间内)。常用真空泵抽气速率参见表6-5-1 。
d. 冷凝器的冷凝效率冷凝效率一般由冷凝器安装方式、蒸气流向和冷凝水流向方式(并流或逆流)、冷凝面积、冷凝水温度、冷凝水水压等诸因素决定,一般蒸气进口和出口温度差大,表明冷凝器的冷凝效率好。
