Inleiding
Fenolformaldehydeharsen zijn thermoharders die verkregen worden door polycondensatie van formaldehyde met fenol of gesubstitueerd fenol. Het zijn de eerste synthetische harsen die zijn ontwikkeld. De beroemdste fenolformaldehydehars, beter bekend als bakeliet, dankt zijn naam aan Leo Baekeland die het commercieel produceerde.
Testomstandigheden
De uitharding van een fenolformaldehydehars werd gemeten met de DSC 214 Polyma met behulp van hogedrukkroezen. Het uitharden van PF is een polycondensatiereactie die gepaard gaat met waterverlies. In een open kroes zou de VerdampingDe verdamping van een element of verbinding is een faseovergang van de vloeibare fase naar damp. Er bestaan twee soorten verdamping: verdamping en koken.verdamping van water een EndothermEen monsterovergang of reactie is endotherm als er warmte nodig is voor de omzetting.endotherm effect in de DSC-curve veroorzaken dat de exotherme uithardingsreactie superponeert.
Drie monsters van elk ongeveer 20 mg werden bereid en gemeten bij 2, 3 en 5 K/min van kamertemperatuur tot 260 °C.
Testresultaten
De endotherme stap die wordt waargenomen in de drie DSC-verwarmingskrommen is afkomstig van de glasovergang van het niet-uitgeharde polymeer. Zoals verwacht verschuift deze naar hogere temperaturen naarmate de verwarmingssnelheid toeneemt (middelpunt bij 58°C en 61°C voor de metingen bij respectievelijk 2 K/min en 5 K/min). De piek overlapt met een relaxatiepiek die afkomstig is van het vrijkomen van mechanische spanning in het monster. De exotherme dubbele piek tussen 100°C en 250°C is het gevolg van het uitharden van de hars. Alle drie curven hebben bovendien een schouder bij temperaturen tussen 151°C (bij 2 K/min) en 163°C (bij 5 K/min). De uithardingsreactie wordt overlapt met een small endotherme piek gedetecteerd bij 112°C (2 en 3 K/min) en 114°C (5 K/min) die hoogstwaarschijnlijk afkomstig is van het Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten van een additief.
Deze drie curven werden gebruikt om de kinetiek van de uithardingsreactie te bepalen met behulp van de NETZSCH Advanced Software Thermokinetics . Door de complexe piekstructuur wordt verondersteld dat de uitharding een reactie in drie stappen is. De smeltpiek werd ook in aanmerking genomen voor het kinetische model met een onafhankelijke, eenstapsreactie.
Het resultaat staat in figuur 2. Het beste model voor de uithardingsreactie is een drietrapsreactie waarbij elke stap van het n-de ordetype is met autokatalyse. Daarnaast wordt rekening gehouden met het smelteffect door middel van een eenstapsreactie van de tweede orde. Met een correlatiecoëfficiënt van meer dan 0,99 komen de door het kinetische model berekende curven (ononderbroken lijnen) goed overeen met de gemeten curven (stippellijnen), wat de aanvankelijke aanname bevestigt.
Het kinetische model kan nu worden gebruikt om de reactiesnelheid voor een specifiek temperatuurprogramma te voorspellen. Als voorbeeld toont figuur 3 de krommen van het eindproduct bepaald door het deelgebied als functie van de tijd voor verschillende temperaturen tussen 90°C en 250°C. Het is ook mogelijk om het percentage eindproduct te voorspellen voor elk temperatuurprogramma dat door de gebruiker is gedefinieerd, zoals weergegeven in figuur 4.
Conclusie
Hogedrukkroezen werden gebruikt met de DSC 214 Polyma om de uithardingsreactie in een fenolformaldehydehars te onderzoeken. Drie metingen bij verschillende verwarmingssnelheden maken het mogelijk om de reactiekinetiek te bepalen met behulp van de Thermokinetics software. Het kinetische model kan vervolgens worden gebruikt om voorspellingen te doen met betrekking tot het gedrag van het systeem onder door de gebruiker gedefinieerde temperatuurcondities zoals verwerkingscondities.