Wprowadzenie
Żywice fenolowo-formaldehydowe to tworzywa termoutwardzalne otrzymywane w procesie polikondensacji formaldehydu z fenolem lub podstawionym fenolem. Są to pierwsze opracowane żywice syntetyczne. Najsłynniejsza żywica fenolowo-formaldehydowa, najlepiej znana jako bakelit, otrzymała swoją nazwę od Leo Baekelanda, który produkował ją komercyjnie.
Warunki testu
Utwardzanie żywicy fenolowo-formaldehydowej mierzono za pomocą DSC 214 Polyma przy użyciu tygli wysokociśnieniowych. Utwardzanie PF jest reakcją polikondensacji, która wiąże się z utratą wody. W otwartym tyglu OdparowanieOdparowanie pierwiastka lub związku jest przejściem fazowym z fazy ciekłej do pary. Istnieją dwa rodzaje parowania: parowanie i wrzenie.odparowanie wody spowodowałoby efekt EndotermicznyPrzemiana próbki lub reakcja jest endotermiczna, jeśli do konwersji potrzebne jest ciepło.endotermiczny na krzywej DSC, który nakłada się na egzotermiczną reakcję utwardzania.
Przygotowano trzy próbki o masie ok. 20 mg każda i mierzono przy prędkościach 2, 3 i 5 K/min od temperatury pokojowej do 260°C.
Wyniki testów
Etap EndotermicznyPrzemiana próbki lub reakcja jest endotermiczna, jeśli do konwersji potrzebne jest ciepło.endotermiczny wykryty w trzech krzywych ogrzewania DSC pochodzi z przejścia szklistego nieutwardzonego polimeru. Zgodnie z oczekiwaniami, przesuwa się on do wyższych temperatur wraz ze wzrostem szybkości ogrzewania (punkt środkowy przy 58°C i 61°C dla pomiarów odpowiednio przy 2 K/min i 5 K/min). Pokrywa się on z pikiem relaksacyjnym, który pochodzi z uwolnienia naprężeń mechanicznych w próbce. EgzotermicznyPrzejście próbki lub reakcja jest egzotermiczna, jeśli generowane jest ciepło.Egzotermiczny podwójny pik między 100°C a 250°C wynika z utwardzania żywicy. Wszystkie trzy krzywe mają dodatkowo ramię w temperaturach od 151°C (przy 2 K/min) do 163°C (przy 5 K/min). Reakcja utwardzania pokrywa się z endotermicznym pikiem small wykrytym w 112°C (2 i 3 K/min) i 114°C (5 K/min), który najprawdopodobniej pochodzi z topnienia dodatku.
Te trzy krzywe zostały wykorzystane do określenia kinetyki reakcji utwardzania za pomocą oprogramowania NETZSCH Advanced Software Thermokinetics. Ze względu na złożoną strukturę piku przypuszcza się, żeUtwardzanie (reakcje sieciowania)W dosłownym tłumaczeniu termin "sieciowanie" oznacza "tworzenie sieci". W kontekście chemicznym stosuje się go do reakcji, w których cząsteczki są łączone ze sobą poprzez wprowadzenie wiązań kowalencyjnych i tworzenie trójwymiarowych sieci. utwardzanie jest reakcją trójetapową. Pik topnienia został również uwzględniony w modelu kinetyki z niezależną, jednoetapową reakcją.
Wynik przedstawiono na rysunku 2. Najlepszym modelem dla reakcji utwardzania jest model trójetapowy, w którym każdy etap jest typu n-tego rzędu z autokatalizą. Dodatkowo uwzględniono efekt topnienia za pomocą jednoetapowej reakcji drugiego rzędu. Przy współczynniku korelacji wynoszącym ponad 0,99, krzywe obliczone przez model kinetyki (linie ciągłe) są w dobrej zgodności z krzywymi zmierzonymi (linie przerywane), co potwierdza początkowe założenie.
Model kinetyczny można teraz wykorzystać do przewidywania szybkości reakcji dla określonego programu temperatur. Jako przykład, rysunek 3 przedstawia krzywe produktu końcowego określone przez powierzchnię częściową w funkcji czasu dla różnych temperatur w zakresie od 90°C do 250°C. Możliwe jest również przewidywanie procentu produktu końcowego podczas dowolnego programu temperaturowego zdefiniowanego przez użytkownika, jak pokazano na rysunku 4.
Wnioski
Do badania reakcji utwardzania żywicy fenolowo-formaldehydowej wykorzystano tygle wysokociśnieniowe z urządzeniem DSC 214 Polyma. Trzy pomiary przy różnych szybkościach ogrzewania pozwalają na określenie kinetyki reakcji za pomocą oprogramowania Thermokinetics. Model kinetyki może być następnie wykorzystany do przewidywania zachowania systemu w określonych przez użytkownika warunkach temperaturowych, takich jak warunki przetwarzania.