Bevezetés
A fenol-formaldehidgyanták olyan hőre keményedő műanyagok, amelyeket formaldehidnek fenollal vagy helyettesített fenollal történő polikondenzációjával nyernek. Ezek az első szintetikus gyanták, amelyeket kifejlesztettek. A leghíresebb fenol-formaldehid gyanta, amely leginkább Bakelit néven ismert, nevét Leo Baekelandról kapta, aki kereskedelmi forgalomban gyártotta.
Vizsgálati feltételek
A fenol-formaldehid gyanta keményedését a DSC 214 Polyma készülékkel mértük nagynyomású tégelyek használatával. A PF keményedése egy polikondenzációs reakció, amely vízveszteséggel jár. Nyitott tégelyben a víz elpárolgása endoterm hatást okozna a DSC-görbén, amely az exoterm keményedési reakciót felülírja.
Három, egyenként kb. 20 mg-os mintát készítettünk, és 2, 3 és 5 K/perc sebességgel mértünk szobahőmérséklettől 260 °C-ig.
Teszteredmények
A három DSC-fűtési görbében észlelt endoterm lépés a nem keményített polimer üvegesedési átmenetéből származik. A várakozásoknak megfelelően a fűtési sebesség növekedésével magasabb hőmérsékletre tolódik (középpontja 58 °C és 61 °C a 2 K/perc, illetve 5 K/perc sebességgel végzett méréseknél). Ez átfedésben van egy RelaxációAmikor egy gumikeverékre állandó feszültséget alkalmazunk, a feszültség fenntartásához szükséges erő nem állandó, hanem idővel csökken; ezt a viselkedést nevezzük feszültségrelaxációnak. A feszültséglazulásért felelős folyamat lehet fizikai vagy kémiai, és normál körülmények között mindkettő egyszerre következik be. relaxációs csúccsal, amely a mintán belüli mechanikai feszültség felszabadulásából származik. A 100°C és 250°C közötti exoterm kettős csúcs a gyanta kikeményedésének köszönhető. Mindhárom görbének van továbbá egy válla 151°C (2 K/percnél) és 163°C (5 K/percnél) közötti hőmérsékleten. A kikeményedési reakciót átfedi egy 112°C-on (2 és 3 K/perc) és 114°C-on (5 K/perc) észlelt small endoterm csúcs, amely valószínűleg egy adalékanyag Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadásából származik.
Ezt a három görbét használtuk fel a keményedési reakció kinetikájának meghatározására a NETZSCH Advanced Software Thermokinetics segítségével. . Az összetett csúcsszerkezet miatt feltételezhető, hogy a keményedés háromlépcsős reakció. Az olvadási csúcsot is figyelembe vettük a független, egylépéses reakciót tartalmazó kinetikai modellhez.
Az eredményt a 2. ábra mutatja. A legjobb modell a keményedési reakcióra egy háromlépéses modell, amelyben minden egyes lépés n-edik rendű, autokatalízissel rendelkező típus. Emellett az olvadási hatást is figyelembe vesszük egy másodrendű egylépéses reakcióval. A 0,99 feletti korrelációs együtthatóval a kinetikai modell által számított görbék (folytonos vonalak) jó összhangban vannak a mért görbékkel (szaggatott vonalak), ami megerősíti az eredeti feltételezést.
A kinetikai modell most már használható a reakció sebességének előrejelzésére egy adott hőmérsékleti programhoz. Példaként a 3. ábra a végtermék részterülettel meghatározott görbéit mutatja az idő függvényében 90°C és 250°C közötti különböző hőmérsékletekre. Lehetőség van a végtermék százalékos arányának előrejelzésére is bármely, a felhasználó által meghatározott hőmérsékleti program során, amint azt a 4. ábra mutatja.
Következtetés
A nagynyomású tégelyeket a DSC 214 Polyma készülékkel együtt használták a fenol-formaldehid gyanta keményedési reakciójának vizsgálatára. Három mérés különböző fűtési sebességek mellett lehetővé teszi a reakció kinetikájának meghatározását a Thermokinetics szoftver segítségével. A kinetikai modell ezután előrejelzések készítésére használható a rendszer viselkedésére vonatkozóan a felhasználó által meghatározott hőmérsékleti körülmények, például feldolgozási körülmények között.