Úvod
Fenolformaldehydové pryskyřice jsou termosety získané polykondenzací formaldehydu s fenolem nebo substituovaným fenolem. Jsou to první syntetické pryskyřice, které byly vyvinuty. Nejznámější fenolformaldehydová pryskyřice, známá především jako bakelit, dostala své jméno podle Lea Baekelanda, který ji komerčně vyráběl.
Testovací podmínky
Vytvrzování fenolformaldehydové pryskyřice bylo měřeno pomocí přístroje DSC 214 Polyma s použitím vysokotlakých kelímků. Vytvrzování PF je polykondenzační reakce, která je spojena se ztrátou vody. V otevřeném kelímku by odpařování vody způsobilo endotermický efekt na DSC křivce, který překrývá exotermickou vytvrzovací reakci.
Byly připraveny tři vzorky po přibližně 20 mg a měřeny při rychlostech 2, 3 a 5 K/min od pokojové teploty do 260 °C.
Výsledky testů
Endotermický krok zjištěný na třech křivkách ohřevu DSC pochází ze skelného přechodu nevytvrzeného polymeru. Podle očekávání se s rostoucí rychlostí ohřevu posouvá k vyšším teplotám (střední bod při 58 °C a 61 °C pro měření při 2 K/min a 5 K/min). Překrývá se s relaxačním píkem, který pochází z uvolnění mechanického napětí ve vzorku. Exotermický dvojitý pík mezi 100 °C a 250 °C je způsoben Vytvrzování (síťovací reakce)V doslovném překladu termín "crosslinking" znamená "křížové propojení". V chemickém kontextu se používá pro reakce, při nichž se molekuly spojují kovalentními vazbami a vytvářejí trojrozměrné sítě.vytvrzováním pryskyřice. Všechny tři křivky mají navíc rameno při teplotách od 151 °C (při 2 K/min) do 163 °C (při 5 K/min). Vytvrzovací reakce je překryta endotermickým píkem small zjištěným při 112 °C (2 a 3 K/min) a 114 °C (5 K/min), který pravděpodobně pochází z tání přísady.
Tyto tři křivky byly použity k určení kinetiky vytvrzovací reakce pomocí NETZSCH Advanced Software Thermokinetics . Vzhledem ke složité struktuře píků se předpokládá, že vytvrzování je třístupňová reakce. U modelu kinetiky s nezávislou jednokrokovou reakcí byl zohledněn také pík tání.
Výsledek je uveden na obrázku 2. Nejlepší model pro reakci vytvrzování je třístupňový, v němž je každý krok typu n-tého řádu s autokatalýzou. Kromě toho je zohledněn efekt tání pomocí jednokrokové reakce druhého řádu. S korelačním koeficientem vyšším než 0,99 jsou křivky vypočtené kinetickým modelem (plné čáry) v dobré shodě s naměřenými křivkami (tečkované čáry), což potvrzuje původní předpoklad.
Kinetický model lze nyní použít k předpovědi rychlosti reakce pro určitý teplotní program. Jako příklad jsou na obrázku 3 uvedeny křivky konečného produktu určené dílčí plochou jako funkce času pro různé teploty mezi 90 °C a 250 °C. Je také možné předpovědět procento konečného produktu během libovolného teplotního programu definovaného uživatelem, jak je znázorněno na obrázku 4.
Závěr
Ke zkoumání reakce vytvrzování fenolformaldehydové pryskyřice byly použity vysokotlaké kelímky s přístrojem DSC 214 Polyma. Tři měření při různých rychlostech ohřevu umožňují stanovit kinetiku reakce pomocí softwaru Thermokinetics. Model kinetiky lze poté použít k předpovědím chování systému za teplotních podmínek definovaných uživatelem, např. za podmínek zpracování.