Żywice amino i fenylowo

aldehydowe

Joanna Samołówka, 13.01.2012

Żywice fenylowo-aldehydowe

Otrzymywanie

•

Polega na polikondensacji fenoli i aldehydów. Do ich syntezy używa się:

- fenolu, jego pochodnych alkilowych (krezoli, ksylenoli, izobutylofenolu),

fenoli dwu- i trójwodorotlenowych (rezorcyny, floroglucyny)

- aldehydu (najczęściej w postaci formaldehydu, także furfuralu, znacznie

rzadziej stosuje się aldehyd octowy)

•

Reakcja ta jest bardzo złożona. Na jej przebieg wpływa:

- rodzaj użytego fenolu i aldehydu

- stosunek ilościowy substratów

- pH środowiska reakcji

- temperatura

•

W środowisku kwaśnym powstają żywice termoplastyczne – nowolaki. W
środowisku zasadowym żywice duroplastyczne – rezole. Nowolaki i rezole stosuje
się bez domieszek lub poddaje chemicznej modyfikacji.

Schemat polikondensacji fenolu z formaldehydem

FENOL

NOWOLAKI

REZOLE

pH<7

NIEDOMIAR

CH2O

pH>7

NADMIAR

CH2O

FENOL

CH2O

REZITY

REZITY

REZITOLE

REAKCJA Z

UROTROPINĄ

OGRZEWANIE

OGRZEWANIE

Nazwa substancji

Wzór chemiczny

FENOL

P-KREZOL

P-IZOBUTYLOFENOL

REZORCYNA

FLOROGLUCYNA

FORMALDEHYD

FURFURAL

Surowce stosowane do syntezy żywic

fenylowo-aldehydowych

OH

OH

CH3

OH

(CH3)3

OH

OH

OH

OH

OH

CH

O

H

O

CHO

NOWOLAKI

•

Charakterystyka: najstarsze żywice syntetyczne, na skalę przemysłową
produkowane od ponad 90 lat; otrzymywane w środowisku kwaśnym w niewielkim
nadmiarze fenolu w stosunku do formaldehydu

•

Cechy: substancje stałe, o średniej masie cząsteczkowej 600-800 dlatonów,
rozpuszczalne w alkoholach, estrach i ketonach, (nierozpuszczalne w
węglowodorach alifatycznych i aromatycznych); temp. mięknienia (80-90 st. C) jest
wysoka jak na tę masę cząsteczkową (jest to wynik silnych działao
międzycząsteczkowych

wiązao

wodorowych);

odporne

na

działanie

mikroorganizmów (nieprzereagowany fenol działa jak trucizna na bakterie i grzyby)

•

Zastosowanie:

-dawniej stosowane jako substytut szelaku (dziś się ich nie dodaje, ze

względu na ciemnienie pod wpływem światła)

WADY:

- mała odpornośd na działanie światła (nieprzereagowany fenol utlenia się co

powoduje ciemnienie); kruche; mało odporne na działanie wody; nie nadają się do
mieszania z olejami i innymi żywicami

•

Zastosowanie:

-jako substancje błonotwórcze stosuje się produkty polikondensacji

p-izobutylofenolu i formaldehydu – są one rozpuszczalne w węglowodorach
alifatycznych i aromatycznych, w terpentynie i butanolu. Mieszają się z olejami i
żywicami modyfikowanymi za pomocą olejów. Wykazują większą odpornośd na
działanie wody i czynników atmosferycznych oraz dużo lepszą adhezję do metali.

-nowolaki z fenolu i p-krezolu stosowane są jako tanie lakiery do drewna

- nowolaki z p-izobutylofenolu są składnikami farb do gruntowania

REZOLE

•

Charakterystyka: powstają w środowisku zasadowym przy nadmiarze formaldehydu;

zawierają grupy hydroskymetylowe

Rezol:

•

Cechy: są substancjami stałymi; temp. mięknienia 70-80 st. C; rozpuszczalne w

alkoholach, ketonach, estrach; przy dużej ilości grup hydroksymetylowych rozpuszczają

się w wodzie;

•

Sieciowanie: w trakcie ogrzewania lub pod wpływem kwasów w temp. Pokojowej rezole

ulegają sieciowaniu; w pierwszym stadium reakcji tworzy się rezitol (substancja

nietopliwa i nierozpuszczalna, ale silnie pęczniejąca pod wpływem cieczy organicznych;

dalsze ogrzewanie lub działanie katalityczne kwasu powoduje tak duże zwiększenie

gęstości sieciowania, że traci zdolności pęcznienia nawet w rozpuszczalnikach staje się

rezitem; rezity są twarde, wykazują dużą odpornośd termiczną,

•

WADY: są jednak kruche i mało odporne na działanie alkaliów, ich adhezja do metalu

jest słaba z tych powodów nie stosuje się ich na szerszą skalę jako substancji

powłokotwórczych

•

Zastosowanie: do produkcji klejów oraz impregnatów

CH2

CH2

CH2OH

OH

CH2

CH2OH

OH

Modyfikowane żywice fenolowo - formaldehydowe

•

Zabieg ten stosuje się w celu: zwiększenia adhezji, zmniejszenia kruchości,
uzyskania produktów rozpuszczalnych w rozpuszczalnikach węglowodorowych

•

Do modyfikacji stosuje się:

kalafonię, oleje roślinne, butanol

- z kalafonią otrzymuje się albertole (in. sztuczne kopale) – zazwyczaj

poddaje się estryfikacji gliceryną lub innym alkoholem wielowodorotlenowym, co
powoduje (Cechy: )zmniejszenie kwasowości, zwiększenie odporności na działanie
wody oraz polepszenie rozpuszczalności w węglowodorach alifatycznych;
(Zastosowanie: ) albertole oraz produkty ich estryfikacji stosuje się do
uszlachetniania olejnych farb i lakierów.

-

estryfikacja

butanolem

powoduje

zmniejszenie

polarności

makrocząsteczek; (Cechy: ) lepiej się rozpuszczają w węglowodorach
aromatycznych i lepiej mieszają się z olejami, chlorowanym kauczukiem i żywicami
alkaidowymi; (Zastosowanie: ) do wyrobu farb i lakierów.

-

Żywice aminowo - aldehydowe

Otrzymywanie

•

Charakterystyka: Są to oligomery powstające w wyniku polikondensacji związków dwu- lub

trójaminowych z aldehydami,(z wyższymi, takimi jak octowy, propionowy lub masłowy nie znalazły

zastosowania)

•

Na skalę przemysłową otrzymuje się je przede wszystkim przez polikondensację aldehydu

mrówkowego z mocznikiem lub melaminą.

•

Do syntezy żywic o specjalnym przeznaczeniu używa się ponad to tiomocznika,

dwucyjanodwuamidu, guanidyny i innych związków aminowych.

•

Na jej przebieg wpływa:

- pH środowiska reakcji

- temperatura

- stosunek ilościowy substratów

•

W pierwszym etapie reakcji (przyłączenie formaldehydu do grup aminowych) powstają pochodne

hydroksymetylowe. (W wypadku mocznika:

-jednohydroksymetylomocznik H2N – CO – NH – CH2OH

- dwuhydroksymetylomocznik OHCH2 – NH – CO – NH – CH2OH)

•

W drugim etapie

- grupy hydroksymetylowe reagują z grupami aminowymi

NH – CH2OH + H2N

NH – CH2 – NH + H2O

- lub między sobą z późniejszym wydzieleniem formaldehydu

NHCH2OH + HOCH2NH NHCH2OCH2NH

NHCH2OCH2NH NHCH2NH

tworzą się oligomery o niewielkim stopniu polimeryzacji (10-15).

CH2O

•

Mają one budowę liniową lub rozgałęzioną – zależnie od stosunku ilościowego
substratów (nadmiar formaldehydu sprzyja większej ilości łaocuchów
rozgałęzionych).

•

Oligomery przechodzą kolejne reakcje kondensacji w obecności kwasów w
temperaturze pokojowej lub podwyższonej. Stają się nietopliwe, nierozpuszczalne,
usieciowane. (Zastosowanie: ) wykorzystuje się je do utwardzania żywic aminowo
– formaldehydowych.

NHCH2OCH2NH + CH2OH NCH2NH + H2O

OCH2

OCH2

NCH2NH + H2O + CH2OH NCH2N + H2O

OCH2

OCH2

•

Cechy: substancje duroplastyczne o charakterze lepkich cieczy lub niskotopliwych
ciał stałych; rozpuszczają się tylko w rozpuszczalnikach silnie polarnych; ich
roztwory są z reguły nietrwałe;

•

Powstające oligomery często odwadnia się lub poddaje chemicznej modyfikacji,
np. butanolizacji – etery butylowe (Zastosowanie: ) stosuje się do produkcji farb,
lakierów, emalii.

Zastosowanie

•

Głównym zastosowaniem jest produkcja klejów, impregnatów i tłoczyw. Kleje w
postaci: roztworów wodnych (częściej), w postaci proszków rozpuszczalnych w
wodzie. Utwardza się je na zimno lub na gorąco (pow. 100 st. C). Stosowane
głównie do połączeo drewno – drewno narażonych na działanie wilgoci lub wody
ciekłej.

•

W latach 60tych duże znaczenie miała żywica melaminowo – formaldehydowa
eteryfikowana alkoholem metylowym. Stosowano ją do nasycenia tkanin
(uodpornienie na działanie wilgoci i mikroorganizmów) oraz do wzmocnienia
mokrego,

bardzo

zniszczonego

drewna

pochodzącego

za

znalezisk

archeologicznych. Dziś tej metody stabilizacji drewna się nie stosuje. Miejsce tej
żywicy zajęły poliglikole etylenowe (łatwo topliwe, rozpuszczalne w wodzie,
niewymagające utwardzania).