Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất Phenol-Formaldehyde tan trong cồn

nóng chảy, không hoà tan. Phản ứng tạo thành nhựa novolac: nCH2 +(n+1) C6H5OH H(CH4(OH) CH2)nC6H4OH +n H2O n = 4 8. Công thức chung của novolac đi từ các aldehyde và phenol khác nhau có thể viết dưới dạng : RCHO - một aldehyde bất kỳ nào đó. ArOH - phenol, crezol, xylenol. Dấu, ', '', ''' chỉ rõ số vị trí trong nhân benzen bị nhóm hydroxyl chiếm và kết hợp với các nhân khác. Sau đây là công thức của novolac từ p-crezol và axetaldehyde: OH CH3 OH CH3 OH CH3 n-2 Nhựa novolac gồm các phân tử tạo nhánh là do sự kết hợp giữa các mạch ngắn bằng cầu metylen ở vị trí octo và para (so với nhóm OH của nhân phenol). Phụ thuộc vào điều kiện điều chế mà nhựa novolac được phân biệt theo thành phần, theo đại lượng phân tử và độ phân nhánh theo nhiệt độ nóng chảy, hàm lượng phenol tự do, độ nhớt của dung dịch. Màu sắc của nhựa phụ thuộc vào độ hoạt động của nguyên liệu và chất xúc tác. Điều chế nhựa novolac ngoài formaldehyde và các aldehyde khác có thể dùng hexa metylentetra amin, khi đun nóng phenol với urotropin (trong môi trường rượu ) với tỷ lệ 1,2:1 thì nhận được nhựa novolac chứa nitơ, có thể ở dạng nhóm dimetylen amin (-CH2-NH -CH2 -), phản ứng này toả ra NH3. Nếu đun nóng nhựa novolac và nhựa đi từ phenol có thay thế gốc alkyl ở vị trí octo và para ở 2002800C thì chúng có khả năng chuyển sang trạng thái không nóng chảy không hoà tan, và nhóm hydroxyl của phenol tham gia vào việc tạo ra liên kết ete. Do những trung tâm phản ứng tự do của nhựa novolac (ở vị trí octo và para so với nhóm hydroxyl của nhân phenol) làm cho nhựa này có khả năng chuyển sang trạng thái không nóng chảy, không hoà tan khi cho tác dụng với formaldehyde hoặc urotropin. Đóng rắn nhựa novolac có kèm theo hiện tượng tạo ra nhóm metylen và nhóm dimetylenimin. 4.1.1 Tính chất Ưu điểm: Có thời gian bảo quản không giới hạn, dễ sử dụng, có khả năng tái sinh, dễ sữa chữa bằng cách hàn, dán… Nhược điểm: Nhựa novolac là nhựa nhiệt dẻo có khuynh hướng bị dão, dễ bị nóng chảy, có màu vàng sáng đến nâu sẫm, tỷ trọng d= 1,2 ÷ 1,22, tan tốt trong rượu và axeton. Trong thời gian bảo quản, nhiệt độ nóng chảy, độ nhớt và tốc độ đóng rắn của nhựa thay đổi ít. Phân tử mạch thẳng và ít nhánh có khối lượng phân tử khoảng 500-2000. 4.2. Nhựa rezolic Nhựa rezolic điều chế bằng cách ngưng tụ phenol với formaldehyde có xúc tác kiềm (Ba(OH)2, NaOH, NH4OH...). Tỷ lệ mol giữa phenol:formaldehyde là 6:7 có xúc tác kiềm tạo ra nhựa rezolic và các sản phẩm phụ mono, di, trimetylol phenol (rượu phenol). Ngoài ra, phenol còn lại trong phản ứng tồn tại trong nhựa dưới dạng phenol tự do. Tính chất của chất xúc tác ảnh hưởng lớn đến lượng formaldehyde liên kết: nếu là kiềm mạnh NaOH, KOH thì lượng tham gia vào phản ứng nhiều hơn là khi dùng amoniac, có nghĩa là di và trimetylol phenol tạo ra nhiều hơn. Ở nhiệt độ thấp (20 60oC) trong môi trường kiềm các rượu phenol được tạo ra không tham gia vào phản ứng ngưng tụ liên tục, ở nhiệt độ cao >70oC rượu phenol có khả năng tác dụng với nhau. Điều kiện tạo thành nhựa rezolic: 4.2.1. Xúc tác Khi pH>7 nghĩa là dùng xúc tác kiềm thì phản ứng đa tụ phenol và formaldehyde thường tạo thành nhựa rezolic. Xúc tác kiềm làm cho nhựa có đặc tính rezolic không những trong trường hợp thừa formaldehyde mà ngay cả khi thừa phenol, phenol không tham gia phản ứng ở trong nhựa sẽ được giữ lại dưới dạng tự do. Những xúc tác thường dùng nhất NaOH là loại xúc tác mạnh thường tạo nhựa rezolic tan trong nước. Xúc tác Ba(OH)2, NH4OH tạo ra nhựa rezolic tan trong cồn. Đầu tiên NH4OH kết hợp với formaldehyde tạo thành urotropin, vì thế có thể dùng ngay cả bản thân urotropin để thay thế xúc tác. Thường lấy lượng NH4OH: 0,53% so với phenol. Đó là xúc tác tương đối yếu nên cũng giống như các kim loại hoá trị 2, cho phép khống chế quá trình dễ dàng. Khuyết điểm của xúc tác NH4OH là sản phẩm dễ bị rộp trong quá trình ép nóng khi dùng xúc tác này nhựa sản xuất ra dùng làm chất dẻo lớp và bột ép. 4.2.2. Tỷ lệ các cấu tử Trong trường hợp ngưng tụ trong môi trường kiềm, nhựa rezolic vẫn nhận được khi thừa phenol nhưng tỷ lệ của các cấu tử không có ảnh hưởng quyết định như khi ngưng tụ nhựa novolac. Tỷ lệ của các cấu tử trong phạm vi gần với đương lượng phân tử. Nhựa rezolic làm bột ép và chất dẻo thường nhận ở tỷ lệ đương lượng của phenol và formaldehyde hay thường thừa một ít formaldehyde. Thường lấy tỷ lệ phenol và formaldehyde là 6:7. Tỷ lệ của các cấu tử do đặc trưng của các xúc tác và công dụng kỹ thuật của rezolic quyết định. 4.2.3 Tính chất Nhựa rezolic là một hỗn hợp sản phẩm phân tử thẳng và nhánh, trọng lượng phân tử từ 400 1000. Nhựa rezolic có tính ổn định cao, chứa ít phenol tự do, bền hóa học và cách điện cao. Nhựa rezolic ở nhiệt độ thường vẫn mất tính chảy nhớt, nóng chảy và hòa tan, nghĩa là khi bảo quản tính chất của chúng thay đổi theo chiều hướng tạo thành polime mạng lưới và rezolic chuyển dần sang trạng thái rezitol. Hàm lượng phenol tự do cao hoặc thấp còn phụ thuộc vào tỷ lệ của các cấu tử, đặc điểm và lượng xúc tác, chiều sâu ngưng tụ và thời gian sấy. Nhựa rezolic rắn thường chứa 812% phenol tự do, nhựa rezolic lỏng chứa 20% hoặc cao hơn. Lượng phenol tự do nhiều nó sẽ làm giảm tốc độ đóng rắn và tính chất cơ lý của sản phẩm. Nhưng có một số trường hợp cần chứa một ít phenol tự do trong nhựa vì nó làm cho nhựa dễ nóng chảy hơn và tạo màng sau khi đóng rắn có độ đàn hồi hơn. Hàm lượng oxy trong nhựa rezolic (khi điều chế dùng xúc tác NaOH) có một số liên kết ete (-CH2-O-CH2-) vì khi đun nóng nhựa thì thấy có CH2O tỏa ra. Trong trường hợp dùng xúc tác NH4OH không có liên kết ete và đun nóng nhựa đến 200oC thì không thấy CH2O toả ra. Nhựa rezolic có thể hòa tan hoàn toàn trong nhiều dung môi như: xiclohexanol, phenol, dioxan, butanol... nhưng với điều kiện là nhiệt độ sôi của dung môi đó trên 100OC lúc đó thì các nối ngang đều bị phá hủy. Tốc độ tăng nhiệt độ ảnh hưởng đến độ hòa tan của rezolic. Nếu tăng nhiệt độ nhanh thì lúc đó nhựa chưa kịp trương trong dung môi, lượng nối ngang tăng lên và ngừng hẳn quá trình hòa tan nhựa. Nếu đun nóng lâu thì có thể làm rezolic tan hoàn toàn. Nhựa rezolic bị đóng rắn (rezit): Trong giai đoạn rezit mạng lưới tham gia tạo ra không những chỉ do liên kết hóa học mà còn do liên kết lý học. Ở nhiệt độ cao liên kết lý học bị phá hủy do đó xuất hiện một ít tính đàn hồi, khi làm lạnh tính đàn hồi đó mất đi. Trong những điều kiện xác định (ở nhiệt độ cao và đun nóng lâu) nếu dùng một lượng phenol thừa để xử lý rezit đã nghiền nhỏ thì nhựa này có thể biến thành nhựa novolac trong trường hợp này xảy ra hiện tượng đứt liên kết hóa học giữa các phân tử và tạo ra liên kết với phenol. - Cấu tạo rezit có thể biểu diễn: -H2C CH2 OH CH2 CH2 CH2OH OH CH2 CH2 OH OH CH2 CH2 CH2 OH -H2C OH CH2 CH2 OH CH2 -H2C OH CH2 CH2 CH2 OH CH2 CH2OH OH HOH2C CH2 OH CH2 Trong nhựa đóng rắn còn lại một số nhóm metylol tự do những nhóm này khi đun nóng tiếp tục ở nhiệt độ cao trong thời gian lâu thì tác dụng với nhau tạo ra liên kết hóa học mới [5]. 5.Sự khác nhau giữa nhựa novolac và nhựa rezolic [1] Novolac Rezolic - Chất xúc tác có tính axit - Tuổi thọ sứ dụng vô hạn - Quá trình hóa rắn tách NH3 - Thường là chất rắn - Ổn định kích thước hơn rezolic. - Chất xúc tác có tính kiềm - Tuổi thọ ít hơn một năm - Quá trình đóng rắn tách H2O - Thường là chất lỏng - Kém ổn định kích thước hơn novolac. 6. Ứng dụng của nhựa phenol–formaldehyde Từ nhựa phenol-formaldehyde người ta điều chế các chất dẻo khác nhau gọi là phenolplast. Trong thành phần của chúng, ngoài chất kết dính (nhựa) còn có các cấu tử khác nhau: Chất độn chất hóa dẻo,chất màu và các chất khác. Để làm các vật phẩm ta thường dùng phương pháp ép. Vật liêu ép không những từ nhựa novolac mà cả từ nhựa rezolic. Phụ thuộc vào chất phụ gia sử dụng và mức độ nghiền mà tất cả các vật liệu ép chia ra làm 4 loại: Bột ép, sợi (hạt), lớp và mảnh vụn. 6.1. Bột ép - Vật liệu ép là một hỗn hợp cấu tử phức tạp chủ yêú từ nhựa novolac và rezolic, tùy theo tính chất của nhựa mà chia ra: Bột ép novolac và bột ép rezolic - Căn cứ theo công dụng, có thể chia bột ép ra làm 3 nhóm chính: + Bột ép làm các sản phẩm kỹ thuật và dân dụng chủ yếu đi từ nhựa novolac. Các sản phẩm này không nên cho chịu tải trọng cơ học lớn, dòng điện có điện áp cao (>10KV) và nhiệt độ cao quá 1000C. + Bột ép làm các sản phẩm đặc biệt có độ bền nước chịu nhiệt bền hóa học và bền va đập cao. 6.2. Vật liệu sợi ép (cốt sợi) đi từ nhựa rezolic và phụ gia là sợi Dùng sợi như vậy cho phép tăng một số tính chất cơ học chủ yếu là độ dẻo chịu va đập. Sợi làm phụ gia có thể là sợi bông, amiăng, thủy tinh...Nhưng sợi thủy tinh thì cho sản phẩm ép có độ bền cơ học, độ chịu nước và chịu nhiệt cao. 6.3. Vật liệu ép thành lớp Sản xuất thành những tờ lớn dạng tấm, ống, thanh. Sản phẩm có hình dạng khác nhau tùy theo yêu cầu. Tùy thuộc vào phụ gia, chất dẻo lớp sản xuất ra ở những dạng sau testolic (phụ gia là vải, sợi, bông), thủy tinh testolic (phụ gia là vải thủy tinh), amiăng-testolic (phụ gia là vải amiăng)... Testolic là chất dẻo lớp, được dùng để chế tạo từ những tấm vải có tẩm nhựa rezolic, vải dùng có thể là vải thủy tinh, vải dệt chéo, vải tổng hợp. Tính chất của Testolic: Có độ bền nén, va đập cao nhưng kém bền nước, chịu xăng dầu tốt nên dùng trong công nghiệp chế tạo máy. 6.4. Vật liệu ép với phụ gia thô (mảnh vụn) Vật liệu ép với phụ gia đi từ nhựa rezolic và các mảnh vụn vải, giấy. Loại này cũng có độ dẻo chịu va đập cao. Thường được dùng hơn cả là bột ép và phối liệu của bột ép gồm có nhựa, chất độn, chất đóng rắn và chất xúc tiến đóng rắn nhựa, chất bôi trơn, chất màu. Chất độn Thường dùng hơn cả là bột gỗ. Để làm cho bột gỗ có độ chịu nước cao, người ta xử lý bằng chất lỏng cơ kim (Si) hoặc pha amiăng sợi ngán hoặc chất độn vô cơ vào. Ngoài ra còn thêm các chất khác như mica và thạch anh để tăng tính chất điện môi, có độ chịu nước cao và ít co. Trong công nghiệp chất dẻo thường dùng bột gỗ lá kim (thông, tùng...) vì nó có độ chịu nước cao và bền hóa học. Bột gỗ có tính chất điện môi tương đối tốt và để sản xuất các sản phẩm cách điện cao cấp thì cần dùng bột không lẫn các mảnh vụn kim loại trong quá trình chế biến sịnh ra. Amiăng thường dùng loại 3MgO2SiO22H2O để tăng độ chịu nước và nhiệt, tăng tính điện môi. Mumia ở dạng thiên nhiên là đất sét có màu oxit sắt, dùng để giảm độ hút nước và tăng độ chịu nhiệt của vật phẩm, đồng thời nó cũng là bột màu. b. Chất đóng rắn và chất xúc tiến đóng rắn nhựa. - Thường dùng là urôtrôpin, vôi và MgO. - Thêm urôtrôpin vào cả nhựa novolac và rezolic - Trong sản xuất bột ép novolac, nó là cấu tử chính dùng làm chất đóng rắn nhựa trong khí ép. Khi sản xuất vật liệu ép theo phương pháp khô thì cho urôtrôpin đã nghiền nhỏ và nhựa rắn, còn theo phương pháp nhũ tương thì cho urôtrôpin vào nhựa ở dạng dung dịch trong nước. - Trong thành phần bột ép novolac, vôi có tác dụng trung hòa acid còn trong nhựa, còn trong nhựa rezolic có tác dụng xúc tiến đóng rắn nhựa, tăng độ bền nhiệt và cơ học của vật phẩm. c. Chất bôi trơn Cho vào bột ép dễ đóng bánh tốt hơn và để ngăn ngừa vật phẩm dính vào khuôn. Ngoài ra nó còn có khả năng tăng độ chảy của nguyên liệu khi ép. Chất thường dùng là acid oleic (C17H35COOH), eteurin hỗn hợp acid hữu cơ rắn-acid stearic (C17H35-COOH) và palmitic (C18H31COOH), stearat Ca và kẽm. d. Chất màu Chất màu cần có độ chịu nhiệt cao và bền ánh sáng, dùng cả chất màu vô cơ và hữu cơ. Chất màu hữu cơ hay dùng nhất là nitrozintan trong cồn (tạo màu đen) liều lượng dùng là 2÷4% so với nhựa. * Sản xuất bột ép rezolic Các vật phẩm từ bột ép rezolic có tính điện môi cao, và chịu nước hơn novolac. Phương pháp sản xuất cũng như bột ép novolac, nhưng có điểm khác,ví dụ như là: Các hỗn hợp chứa nhựa rezolic kéo dài 3÷5 phút, do nhựa rezolic đóng rắn chậm hơn (ở nhiệt độ cán) nhựa novolac có thêm urôtrôpin. Ngoài ra nhựa rezolic có độ nhớt lớn hơn novolac nên thời gian ngấm lâu hơn. Nhược điểm của bột ép phenol-formaldehyde là dòn, chịu acid kém, các tính chất điện môi phụ thuộc vào nhiệt độ và tần số của dòng điện. Để khắc phục các nhược điểm đó người ta trộn nhựa phenol-formaldehydde với các nhựa khác như PVC, cao su nitril với polimit. Nhược điểm cơ bản của vật phẩm chế tạo từ bột ép là độ bền tải trọng đập không cao (độ bền va đập riêng là 1,5÷9 kg lực cm/cm2). Vì vậy không thể dùng bột ép để dùng các chi tiết quan trọng của dụng cụ và máy chế tạo mang ứng suất lớn. Theo nguyên tắc thì chất độn sẽ làm tăng độ bền của chất dẻo (kể cả va đập) so với độ bền của nhựa tinh khiết, nhưng trong các chất độn thì dạng bột kém tác dụng nhất. Do vậy mà người ta dùng chất độn dạng sợi (xenlulo, bông, amiăng, sợi thủy tinh) để làm cho chất dẻo có độ bền va đập cao ngay cả khi mẫu bị khía. 6.5 Ứng dụng làm các vật liệu khác a. Vật liệu tạo hình Là vật liệu khi đóng rắn vật phẩm thì không cần dùng áp suất cao như faolit, giấy tẩm, vải tẩm, sợi thủy tinh tẩm. Có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau để chế tạo vật phẩm từ các vật liệu tạo hình như: phương pháp cán, phun, dán, đùn, tẩm, rót, li tâm... * Phao lit Phao lit là chất dẻo chịu acid, chế tạo từ nhựa rezolic phenol-formaldehyde và chất độn. Phụ thuộc vào chất độn mà chia ra làm 3 loại phaolit: Phaolit A với amiăng antofihot và cơriđôfin; phaolit R với grafit và cơdiđotin; phaolit P với cát và amiăng cơdiđôtin. Quá trình kỹ thuật sản xuất phaolit và các vật phẩm từ phaolit có thể chia ra các giai đoạn sau: Điều chế nhựa rezolic phenol-formaldehyde, trộn các cẩu tử, cán, chế tạo và đóng rắn các vật phẩm. Nhựa để sản xuất phaolit có độ nhớt không lớn lắm vì như vậy thì khó tẩm vào phụ gia và khối phaolit đóng rắn nhanh,khó cán. Phụ gia amiăng làm giảm độ bền hóa học của phaolit, đặc biệt là loại cơriđôtin. Nhưng làm lượng cơriđôtin càng nhiều thì độ bền cơ học của phaolit càng tăng. - Ưu điểm: Phaolit chịu nhiệt độ cao (130÷1450C) và bền hóa học. - Khuyết điểm: Dòn, tự co nhiều khi đóng rắn (2÷3%) và độ dẫn dẫn nhiệt không lớn. Phaolit được ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau của công nghiệp để làm vật liệu chế tạo và lót thiết bị chịu hóa học như: Thùng chứa, nồi phản ứng, cột chưng và hấp thụ, máy móc, thùng điện phân, thiết bị kết tinh, ống, van khóa... b. Vật liêu than grafit - Than không thấm, grafit không thấm và antegmit là loại vật liệu than grafit. Than và grafit là các chất hydrocacbon chịu hóa chất, nhưng việc sử dụng nó bị hạn chế do độ xốp lớn. - Để khắc phục nhược điểm đó ta dùng các loại nhựa khác nhau thường là nhựa rezolic phenol-formaldehyde để tẩm than grafit. - Than và grafit không thấm chịu hóa học cao với các môi trường ăn mòn, không thấm chất lỏng và khí, độ dẫn nhiệt cao hơn độ dẫn nhiệt của thép và chì, chỉ thua độ dẫn nhiệt của đồng và nhôm. - Do đó, dùng nó để sản xuất các chi tiết của thiết bị (nhiệt độ làm việc đến 1800C) trong sản xuất HCl,H3PO4, HC3COOH, rượu clo hóa, cacbuahydtro thơm và béo. Đối với các chất oxy hóa mạnh và kiềm nồng độ trên 5% thì vật liệu đó không bền. Độ bền hóa học của nó cao hơn dộ bền hóa học của phaolit. Grafit là loại vật liệu tự bôi trơn khi cọ sát trong pha hơi grafit - grafit hoặc grafit - kim loại, tính chất này là một điều rất đặc biệt để giải quyết các vấn đề cấu tạo ở những chỗ đệm, nối trục... của thiết bị, mà ở những chỗ để cần đảm bảo chịu rỉ và làm kín những chi tiết quay. - Có thể dùng được các phương tiện cơ khí để gia công than và grafit không thấm, có thể dùng keo phenol - formaldehyde để dán các bộ phận đó, đặc biệt nếu dùng nhựa rezolic phenol - formaldehyde có thêm 3÷6% HCl làm chất đóng rắn thì dán rất tốt. Grafit tẩm nhựa phenol - formaldehyde, nó có tính chất rất giống grafit không thấm. Chỉ có một nhược điểm cơ bản là độ bền va đập thấp, được sử dụng chủ yếu để sản xuất thiết bị trao đổi nhiệt và ống dẫn trong công nghiệp hóa chất đặc biệt trong sản xuất H2SO4 [4]. c. Nhựa đúc Nhựa đúc là vật liệu cứng, không nóng chảy, không tan, được điều chế bằng cách đóng rắn nhựa rezolic lỏng phenol-formaldehyde ở trong khuôn, có khi gọi nhựa đúc là phenolplast đúc, rezit đúc... Vì đóng rắn ở nhiệt độ tương đối thấp, nên phải dùng xúc tác acid cho vào ở cuối giai đoạn sấy, đối với một số loại nhựa đúc ta dùng xúc tác acid như: Phtaleic oxalic, boric...Đối với loại khác như rezit đúc thì dùng xúc tác kiềm (KOH). Nhựa đúc dùng để sản xuất các vật phẩm dạng tấm, ống, thanh có độ bền cơ học cao, đặc biệt là tải trọng động. d. Keo dán và sơn Nhựa phenol-formaldehyde cũng nhựa ure-formaldehyde có ý nghĩa rất quan trọng là dùng để dán các vật liệu khác nhau (gỗ, kim loại, chất dẻo, thủy tinh, sành, sứ...). Nhựa rezolic phenol-formaldehyde được dùng ở dạng dung dịch rượu hoặc nhũ tương nước, đóng rắn nguội có acid mạnh, muối của nó hoặc các este acid hoặc đóng rắn nóng dưới áp suất 3÷6 kg/cm2 không có xúc tác. Sau khi đóng rắn nhựa rất dòn nên thường phải biến tính. Nhựa biến tính dùng để dán gỗ, chất dẻo bọt và vật liệu xốp. Keo phenol-formaldehyde có độ bền của mối dán cao, chịu ẩm và vi khuẩn, nhưng nhược điểm cơ bản là màng dán dòn và độ bền của mối dán vào gỗ bị giảm do tác dụng thủy phân của acid lên xenlulo. Do đó hiện nay ta hay dùng keo phenol-formaldehyde có phối trộn với nhựa ure-formaldehyde, epoxy và polivinyl axetat hoặc với cao su tổng hợp. Nhựa phenol-formaldehyde là loại nhựa tổng hợp đầu tiên được dùng để làm sơn. Hiện nay từ nhựa phenol-formaldehyde người ta điều chế sơn novolac tan trong cồn và trong dầu. Nhựa phenol-formaldehyde tan trong cồn, axeton, hỗn hợp rượu-benzen và trong các dung môi có cực khác. Để nhựa này có thể hòa tan trong các cacbuahydro thơm và dầu mỏ và trộn được với dầu thì cần phải giảm độ phân cực của nó xuống. Muốn thế, ta ete hóa các nhóm có cực (hydroxyl) của nhựa và đặc biệt là làm cho nhựa chứa được nhiều nhóm không cực ở vị trí para với hydroxyl của nhân phenol. Các este đó được ứng dụng rộng rãi người ta gọi là nhựa copan nhân tạo. Sơn dầu cao cấp được điều chế từ nhựa phenol 100% (para akyl phenol). Sơn dầu copan là loại sơn được điều chế từ copan trộn với dầu lanh ở nhiệt độ cao (230÷2800C). Sơn dầu cao cấp có độ bóng cao, chịu tác dụng của tia tử ngoại, khí quyển. Còn có sơn từ nhựa rezolic rắn tan trong C2H5OH gọi là bakelit. Sơn bakelit dùng để tẩm phụ gia và tạo các màng phủ khác nhau kể cả màng chống rỉ. Sơn bakelit dùng để bảo vệ các đường ống chịu áp suất cao khỏi bị tác dụng của H2O làm lạnh, ống thông gió trong xưởng acid và các đường ống khác của máy làm lạnh, máy nén khí... Ngoài các vật liêu trên người ta còn dùng nhựa phenol-formaldehyde để làm chất dẻo bọt [5]. IV. ỨNG DỤNG NHỰA PHENOL-FORMALDEHYT ĐỂ LÀM KEO DÁN Cũng như nhựa ure-formaldehyde, nhựa phenol-formaldehyde có ứng dụng rất quan trọng trong việc dùng để dán các vật liệu gỗ kim loại, chất dẻo, thủy tinh, sành sứ... Nhựa rezolic tan trong cồn có thể đóng rắn ở nhiệt độ thường nhờ acid mạnh, muối của chúng hay este acid, đóng rắn bằng cách đun nóng dưới áp suất 36 kg/cm2 không cần xúc tác. Keo phenol-formaldehyde có tính kết dính cao chịu được ẩm và các loại nấm. Song có nhược điểm là màng keo dán dòn, độ bền của mối dán vào gỗ bị giảm đi do tác dụng của xúc tác acid lên xenlulo. Do đó gần đây đã phối trộn phenol-formaldehyde với các loại polyme nhiệt dẻo. 1. Keo dán từ nhựa không phối hợp Keo đi từ nhựa phenol-formaldehyde đa tụ có xúc tác Ba(OH)2 có màu sáng, nhựa có độ nhớt khá cao từ 500100cP, tỉ trọng 1,251,29. Trong thành phần của keo có khoảng 20% nước và khoảng 12% phenol tự do. Keo phenol-formaldehyde tan trong cồn, có thể đóng rắn ở nhiệt độ thường, nếu cung cấp thêm chất đóng rắn (chất tiếp xúc pêtrốp). 2. Keo đi từ các nhựa phối hợp 2.1. Keo cacbonit-phenol-formaldehyde Được sản xuất từ dung dịch H2O của nhựa phenol và ure-formaldehyde và chất xúc tác rắn, để giảm độ co rút người ta cho thêm phụ gia xenlulo. Phối liệu của keo: Nhựa ure-formaldehyde: 56 phần khối lượng Nhựa phenol-formaldehyde: 35 phần khối lượng Este etylic của acid oxalic: 5 phần khối lượng Bột gỗ: 5 phần khối lượng Keo này chứa 30 50% nước. 2.2. Keo polivinyl butyrat-phenol-formaldehyde Keo này là dung dịch của nhựa rezolic và polivinyl butyrat tan trong cồn, đi từ 2 loại nhựa này có tính bám dính tốt và có thể chuyển sang trạng thái không nóng chảy, không hòa tan khi đun nóng. Keo là chất lỏng có màu trong suốt hay mờ đục từ vàng sang đỏ. Phân biệt nhãn hiệu là do tỉ lệ trộn các cấu tử khác nhau vì thế mà nhãn hiệu khác nhau. Thông thường polivinyl butyrat và phenol-formaldehyde là quá trình phức tạp cùng với đóng rắn nhựa rezolic lúc này nhóm metylol của nhựa rezolic tác dụng với nhóm hydroxyl của polivinyl butyrat. Ngoài ra, còn có một phần của các cấu tử trộn hợp vẫn giữ nguyên không phản ứng có thể trích ly ra bằng dung môi. 2.3. Keo phenol- formaldehyde-cao su Keo phenol-cao su được điều chế bằng cách trộn hợp nhựa phenol-formaldehyde với cao su (acrylonitril, clopren...) keo này được dùng để dán nhôm, thép và các hợp kim có độ bền trượt và uốn cao, chịu được dao động, chịu được nước, bền nhiệt, bền với dầu mỏ. 2.4. Keo phenol - formaldehyde và epoxy Được sản xuất bằng cách phối hợp epoxy với phenol-formaldehyde keo loại này có tính bám dính tốt trên bề mặt kim loại và vật liệu khác. Đặc biệt nó có tính bám dính tốt trên bề mặt kim loại và vật liệu khác. Đặc biệt nó giữ được độ bền ở nhiệt độ cao khi đun nóng hỗn hợp nhựa. Nhựa phenol-formaldehyde tác dụng với nhựa epoxy làm xuất hiện các liên kết este. Nhựa đóng rắn xong có cấu tạo mạng lưới không gian dày đặc và chịu nhiệt rất tốt. Phối liệu của loại nhựa này: Nhựa rezolic: 100 phần khối lượng Nhựa epoxxy : 20 phần khối lượng Urotropin: 4 phần khối lượng Dùng dung môi metyletylketon để hòa tan nhựa, cho hỗn hợp đóng rắn ở 1600C, trong thời gian 30 phút, đem thử các kết cấu dán 2300C và 3150C thấy rằng keo có các thông số về bền trượt rất tốt. Xử lý mối dán ở 2320C trong 192h sẽ tăng độ bền trượt lên 87 kg/cm2. V. LÝ THUYẾT TỔNG HỢP DÙNG NHỰA REZOLIC TAN TRONG CỒN DÙNG LÀM KEO DÁN 1. Nguyên liệu Phenol nồng độ 98 % :100 phần khối lượng. Formaldehyde nồng độ 37 % :37 phần khối lượng. Xúc tác Ba(OH)2 nồng độ 37 %: 2 phần khối lượng. Tỷ lệ mol : P/F = 6/7 Trong quá trình phản ứng thì đầu tiên tạo ra mono, di, tri metylol phenol. Các mono, di, tri, metylol phenol này tác dụng với nhau tạo nhựa rezolic, còn một phần phenol còn lại không phản ứng, lượng này nếu nhiều quá sẽ làm giảm trọng lượng phân tử của sản phẩm. 2. Cơ chế OH + OH CH2OH HCHO + OH OH CH2OH 2HCHO CH2OH Hoặc Hoặc OH + OH CH2OH 3HCHO HOCH2 CH2OH OH + OH CH2OH CH2OH CH2OH OH CH2OH OH CH2 + H2O HOH2C OH + ........ + CH2OH OH OH CH2OH CH2OH CH2 OH CH2OH CH2OH OH CH2 H2O OH CH2 ........ OH CH2 Công thức tổng quát: n OH m 3. Quy trình sản xuất nhựa rezolic tan trong cồn để làm keo dán 3.1. Bảo quản và chuẩn bị nguyên liệu Chất lượng và độ đồng nhất của nguyên liệu có tác dụng rất quan trọng. Vì vậy cần phải chuẩn bị và bảo quản nguyên liệu thật tốt. Nguyên liệu gồm nhiều mẻ nên phải phối hợp cho đồng nhất và bảo quản trong những thùng chứa thích hợp. Phenol trước khi sản xuất phải ở trạng thái nóng chảy còn formalin thì không có kết tủa parafooc. Đun nóng chảy thùng chứa phenol tinh thể trong bể nước nóng. Trong các thùng chứa phenol lỏng, thùng cao vị có hệ thống ống xoắn ruột gà để giữ cho phenol luôn ở trạng thái lỏng. Để chứa formalin, người ta dùng các thùng chứa kín, formalin không được tiếp xúc với sắt và nhôm đã bị oxi hóa. Khi chuẩn bị và bảo quản phải đảm bảo nguyên liệu thật tinh khiết, do đó cần phải chọn vật liệu thích hợp để làm ống dẫn vào thiết bị. Để bảo quản phenol nóng chảy và formalin thường dùng nhôm hoặc thép không gỉ. 3.2. Quy trình sản xuất nhựa rezolic tan trong cồn để làm keo dán Gồm các giai đoạn chính: Chuẩn bị nguyên liệu Tiến hành phản ứng trùng ngưng Sấy nhựa Tháo nhựa Hòa trộn với cồn Quá trình trùng ngưng và sấy nhựa được thực hiện trong cùng thiết bị: Thùng chứa phenol tinh thể (1) được đưa vào trong phòng đun nóng đặt trong bể nước nóng (2), được đun nóng bằng ống xoắn ruột gà và hơi nước bão hòa cho phenol chảy lỏng ra, nhiệt độ ở đây khoảng 500C . Phenol lỏng được bơm li tâm đưa lên thiết bị lường (5). Xúc tác Ba(OH)2 cũng được được bơm li tâm đưa lên cho vào thùng lường (9). Mở van cho tuần tự HCHO, phenol và dung dịch Ba(OH)2 vào thiết bị phản ứng (10). Thiết bị phản ứng có gắn cánh khuấy dạng mỏ neo. Ban đầu mở cánh khuấy quay với vận tốc 30 vòng/phút, đồng thời cho hơi nước nóng vào vỏ bọc để gia nhiệt cho hỗn hợp phản ứng, quá trình đun nóng tiến hành trong vòng 30 đến 40 phút. Khi nhiệt độ lên khoảng 60650C ngừng đun nóng vì lúc này hỗn hợp phản ứng tự tăng nhiệt độ lên đến khoảng 951000C. Lúc này mở thiết bị ngưng tụ để ngưng tụ hơi, chất lỏng ngưng tụ được cho hồi lưu về lại thiết bị phản ứng. Khi hỗn hợp trong