رزین‌های فنول فرمالدهید (فنولی)

رزین‌های فنول فرمالدهید (فنولی):

رزین فنولی که با نام‌های رزین فنولیک، رزین فنول فرمالدهید (Phenol formaldehyde resin) و رزین فنوپلاست نیز شناخته می‌شود، یکی از قدیمی‌ترین و پرکاربردترین رزین‌های گرماسخت است. این نوع رزین‌ها از واکنش فنول یا مشتقات آن با فرمالدهید (فرمالدئید) در حضور کاتالیزور مناسب تهیه می‌شوند. رزول (Resole) و نوولاک (Novolac) دو گونه مهم از این نوع رزین‌ها هستند. از ویژگی‌های مفید این رزین‌ها مقاومت حرارتی بالا و قیمت پایین آن است. از این رزین‌ها در تولید کامپوزیت‌ها، صنایع الکترونیک و همچنین به عنوان سپرهای حرارتی استفاده می‌شود.

این رزین‌ها، اولین پلاستیک تجارتی بودند که از مواد اولیه‌ی کاملاً مصنوعی به‌دست آمدند. لئوبیکلند Leo Hendrik Arthur Baekeland برای اولین بار در سال 1910 یک رزین PF با نام تجاری باکلیت (Bakelite) به بازار عرضه نمود. همانطور که از اسم آن بر می‌آید، رزین‌های PF از واکنش چند تراکمی فرمالدهید و فنول به‌دست می‌آیند. پلیمرهای فنول – فرمالدهید از نظر مصرف دارای اهمیت زیادی هستند. واکنش پلیمریزاسیون فنول – فرمالدهید، حداقل، به دو مرحله قابل تفکیک است. مرحله اول تولید پلیمری با وزن مولکولی پایین است، که محلول و سیال می‌باشد. این مرحله را مرحله اول، و پلیمر تشکیل شده را پلیمر مرحله اول می‌نامند. مرحله دوم تغییر پلیمر اولیه به یک محصول مختصراً شبکه‌ای است که غیر محلول ولی سیال می‌باشد و در بعضی مواقع نیز واکنش تا تولید یک پلیمر بسیار شبکه‌ای ادامه می‌یابد، که به آن پلیمر مرحله سوم گویند، که در اثر حرارت نرم نخواهد شد.

ساختار سه‌بعدی باکلیت:

تفاوت رزول و نوولاک (نووالاک):

در مرحله‌ی اول بسته به نوع کاتالیزور به کار رفته که اسیدی یا بازی باشد، دو محصول مختلف با نام‌های نوولاک و رزول به‌دست می‌آید. نوع و خواص پلیمر تولید شده مستقیماً به نوع کاتالیزور مصرفی و نسبت مولی فنول و فرمالدهید بستگی دارد. در هر دو حالت در مرحله‌ی اول ترکیبات افزایشی اورتو و پارا متیلول فنول تولید می‌شوند.

فرق اصلی مرحله‌ی اول در شرایط اسیدی و بازی در این است که در شرایط اسیدی، مشتقات مونومری متیلول ناپایدار هستند در حالی که در شرایط بازی، مشتقات مونومری و دیمری متیلول حاصله پایدار و قابل جداسازی هستند. وقتی که کاتالیزور به کار رفته در پلیمریزاسیون اسیدی باشد، محصول به‌دست آمده به‌صورت گرمانرم می‌باشد ولی با اضافه کردن ماده‌ای که بتواند باعث شبکه‌ای شدن پلیمر شود، می‌توانند به حالت گرماسخت نیز درآیند.

محصول ابتدائی واکنش فنول با فرمالدهید، به دو صورت رزول و نوولاک وجود دارد. رزول از واکنش بین فنول با فرمالدهید در شرایط بازی و نسبت فنول به فرمالدهید کمتر از واحد (یعنی مقدار اضافی فرمالدهید) به‌دست می‌آید، و نووالاک از واکنش بین فنول و فرمالدهید در شرایط اسیدی و نسبت فرمالدهید به فنول کمتر از یک به‌دست می‌آید.

رزین‌های PF از نوع رزول، معمولاً رزین‌های یک مرحله‌ای نامیده می‌شوند. در حالی که رزین‌های PF از نوع نوولاک را رزین‌های دو مرحله‌ای می‌نامند. به این علت که در آن‌ها ماده‌ای با نام مصطلح هگزا در مرحله‌ی دوم اضافه می‌شود. (هگزا از واکنش فرمالدهید و آمونیاک به‌دست می‌آید و همان ترکیب هگزا متیلن تترامین می‌باشد.)

واکنش و مکانیزم مرحله به مرحله‌ی فنول و فرمالدهید در محیط اسیدی و بازی (ساختار نوولاک و رزول) و سنتز باکلیت:

روش تهیه‌ (سنتز) رزول:

در یک لوله‌ی آزمایش 1 گرم فنول را در 2 میلی لیتر محلول آبی 40 درصد فرمالین حل کنید و به این مخلوط تقریباً 2 میلی لیتر محلول آبی رقیق آمونیاک 2 مولار اضافه نمائید. سپس چند دانه سنگ جوش درون لوله آزمایش بیندازید. (این کار بسیار مهم است چون واکنش بسیار گرماگیر است و چنانچه سنگ جوش اضافه نکنید در اثر حرارت دادن مخلوط به شدت قل می زند.) لوله را به یک پایه تقطیر متصل نمائید. و سپس با استفاده از چراغ بونزن به آرامی حرارت دهید تا مخلوط به رنگ سفید شیری در آید. سپس حرارت دادن را متوقف کنید. در این حالت باید مخلوط به صورت دو لایه جدا از هم در آمده باشد، که بیشتر آن شامل آب است. با استفاده از قطره چکان یا پیپت لایه بالایی را بردارید. مایع زیرین همان رزول می‌باشد، که حاوی مقادیر جزئی آب است. با حرارت دادن این مایع ویسکوز در داخل لوله‌ی آزمایش و یا بر روی شیشه ساعت، ترجیحاً ورقه آلومینیوم ، رزین به رنگ زرد در می‌آید.

روش تهیه (سنتز) نوولاک (نووالاک):

مقدار 2 گرم فنول، با 0.4 میلی لیتر محلول آبی 40 درصد فرمالین و 2 میلی لیتر اسید سولفوریک 2 مولار را در یک لوله آزمایش مخلوط کرده و پس از انداختن سنگ جوش حرارت می‌دهیم، پس از مدتی دو فاز تشکیل می‌شود؛ با جداسازی فاز آبی بالائی، لایه ویسکوز زیرین همان نووالاک می‌باشد.