Johdanto
Fenoliformaldehydihartsit ovat lämpökovetteja, joita saadaan polykondensoimalla formaldehydiä fenolin tai fenolisubstituoidun fenolin kanssa. Ne ovat ensimmäiset synteettiset hartsit, jotka on kehitetty. Tunnetuin fenoliformaldehydihartsi, joka tunnetaan parhaiten nimellä bakeliitti, on saanut nimensä Leo Baekelandin mukaan, joka valmisti sitä kaupallisesti.
Testiolosuhteet
Fenoliformaldehydihartsin kovettumista mitattiin DSC 214 Polyma -laitteella käyttäen korkeapaineisia upokkaita. PF:n Kovettuminen (ristisilloitusreaktiot)Kirjaimellisesti käännettynä termi "crosslinking" tarkoittaa "ristiverkostoitumista". Kemiallisessa yhteydessä sitä käytetään reaktioista, joissa molekyylit yhdistetään toisiinsa kovalenttisilla sidoksilla ja muodostetaan kolmiulotteisia verkkoja.kovettuminen on polykondensaatioreaktio, johon liittyy vesihäviö. Avoimessa upokkaassa veden haihtuminen aiheuttaisi DSC-käyrään endotermisen vaikutuksen, joka peittää eksotermisen kovettumisreaktion.
Valmistettiin kolme noin 20 mg:n näytettä, joista kukin mitattiin 2, 3 ja 5 K/min huoneenlämmöstä 260 °C:een.
Testitulokset
Kolmessa DSC-lämmityskäyrässä havaittu EndoterminenNäytteen siirtyminen tai reaktio on endoterminen, jos muuntumiseen tarvitaan lämpöä.endoterminen vaihe on peräisin kovettumattoman polymeerin lasittumisesta. Odotetusti se siirtyy korkeampiin lämpötiloihin lämmitysnopeuden kasvaessa (keskipiste 58 °C:ssa ja 61 °C:ssa 2 K/min ja 5 K/min mittauksissa). Se on päällekkäinen relaksaatiohuipun kanssa, joka johtuu näytteessä olevan mekaanisen jännityksen vapautumisesta. EksoterminenNäytteen siirtyminen tai reaktio on eksoterminen, jos siinä syntyy lämpöä.Eksoterminen kaksoishuippu 100°C:n ja 250°C:n välillä johtuu hartsin kovettumisesta. Kaikilla kolmella käyrällä on lisäksi olkapää lämpötiloissa, jotka vaihtelevat 151 °C:n (2 K/min) ja 163 °C:n (5 K/min) välillä. Kovettumisreaktio on päällekkäinen small endotermisen piikin kanssa, joka havaittiin 112 °C:ssa (2 ja 3 K/min) ja 114 °C:ssa (5 K/min) ja joka on todennäköisesti peräisin lisäaineen sulamisesta.
Näitä kolmea käyrää käytettiin kovettumisreaktion kinetiikan määrittämiseen NETZSCH Advanced Software Thermokinetics avulla. . Monimutkaisen piikkirakenteen vuoksi oletetaan, että Kovettuminen (ristisilloitusreaktiot)Kirjaimellisesti käännettynä termi "crosslinking" tarkoittaa "ristiverkostoitumista". Kemiallisessa yhteydessä sitä käytetään reaktioista, joissa molekyylit yhdistetään toisiinsa kovalenttisilla sidoksilla ja muodostetaan kolmiulotteisia verkkoja.kovettuminen on kolmivaiheinen reaktio. Sulamispiikki otettiin huomioon myös kinetiikkamallissa, jossa on itsenäinen, yksivaiheinen reaktio.
Tulos on esitetty kuvassa 2. Paras malli kovettumisreaktiolle on kolmivaiheinen malli, jossa jokainen vaihe on n:nnen kertaluvun tyyppiä ja jossa on autokatalyysi. Lisäksi sulamisvaikutus otetaan huomioon toisen kertaluvun yksivaiheisen reaktion avulla. Kinetiikkamallin avulla lasketut käyrät (yhtenäiset viivat) ovat yli 0,99:n korrelaatiokertoimen avulla hyvin sopusoinnussa mitattujen käyrien kanssa (katkoviivat), mikä vahvistaa alkuperäisen oletuksen.
Kineettistä mallia voidaan nyt käyttää reaktionopeuden ennustamiseen tietyssä lämpötilaohjelmassa. Esimerkkinä kuvassa 3 esitetään osittaispinta-alan avulla määritetyn lopputuotteen käyrät ajan funktiona eri lämpötiloissa 90 °C:n ja 250 °C:n välillä. On myös mahdollista ennustaa lopputuotteen prosenttiosuus käyttäjän määrittelemän lämpötilaohjelman aikana, kuten kuvassa 4 on esitetty.
Päätelmä
DSC 214 Polyma -laitteen kanssa käytettiin korkeapaineastioita fenoliformaldehydihartsin kovettumisreaktion tutkimiseen. Kolme mittausta eri lämmitysnopeuksilla mahdollistavat reaktiokinetiikan määrittämisen Thermokinetics -ohjelmiston avulla. Kinetiikkamallin avulla voidaan sitten tehdä ennusteita järjestelmän käyttäytymisestä käyttäjän määrittelemissä lämpötilaolosuhteissa, kuten käsittelyolosuhteissa.