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1、熱固性酚醛樹(shù)脂的合成原理
熱固性酚醛樹(shù)脂，是控制合成反應(yīng)至一定條件后得到的樹(shù)脂，如果反應(yīng)程度不加以限制，縮聚反應(yīng)一直進(jìn)行到底，它將形成不溶不熔的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的體型樹(shù)脂。一般合成階段在樹(shù)脂處于可溶可熔的A就停止反應(yīng)，成型加工時(shí)再加熱固化。
（1） 反應(yīng)歷程 苯酚（堿催化）→酚鈉（負(fù)離子）→鄰、對(duì)位電負(fù)性大大增加→甲醛→（CH=O）上的碳在酚鈉鄰、對(duì)位取代加成→質(zhì)子轉(zhuǎn)移→生成鄰、對(duì)位的羥甲基苯→繼續(xù)與甲醛加成生成多羥甲基苯酚→同時(shí)羥甲基苯酚之間縮合（或羥甲基苯酚與苯酚鄰、對(duì)位縮合）→聚合產(chǎn)物
（2） 動(dòng)力學(xué) 在加成反應(yīng)中，酚烴基的對(duì)位活性比鄰位大（1.07:1），對(duì)羥甲基苯酚再加成的活性降低40%。但反應(yīng)中苯酚有兩個(gè)鄰位，而且鄰羥甲基苯酚再加成活性是提高的。因此易于形成多羥甲基苯酚，造成體系中甲醛緊缺，游離酚含量居高不下。
縮聚反應(yīng)主要通過(guò)對(duì)位的羥甲基進(jìn)行，分子中留下較多的鄰位羥甲基。產(chǎn)物中苯酚部分主要由次甲基連接。雖然兩個(gè)羥甲基相互縮聚可以生成甲醚鍵（-CH2-O-CH2-），但在堿性條件下容易分解逸出甲醛，又生成次甲基鍵（-CH2-）。
在堿性條件下，加成反應(yīng)比縮聚反應(yīng)快，所以降低反應(yīng)溫度有利于加成反應(yīng)，同時(shí)也容易控制產(chǎn)品在可溶可熔的A階。
2、熱塑性酚醛樹(shù)脂的合成原理（pH＜3）
熱塑性酚醛樹(shù)脂，在合成中得到的是線性結(jié)構(gòu)，必須在進(jìn)一步的成型過(guò)程中加入固化劑，他才能獲得三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
（1） 反應(yīng)歷程 甲醛（酸催化、水分子）→生成CH2 O H→主要在苯酚對(duì)位親電取代→生成對(duì)位的羥甲基苯酚→快速與游離苯酚縮合（主要在對(duì)位）→二酚基甲烷→在酚基鄰位繼續(xù)加成→線性聚合產(chǎn)物。
（2） 動(dòng)力學(xué) 在強(qiáng)酸性條件下（pH＜3）下，縮聚反應(yīng)的速率大體上正比于氫質(zhì)子（酸）的濃度�？s聚比加成快5 倍，如果甲醛分子個(gè)數(shù)不比苯酚多的話，可合成線性酚醛樹(shù)脂，他是熱塑性的，分子內(nèi)不含羥基。例如，當(dāng)甲醛/苯酚為0.8，數(shù)均分子量Mn≈500時(shí)，平均每個(gè)分子鏈中大約含有5個(gè)苯環(huán)，產(chǎn)物是可溶可熔的，須加入六亞甲基四胺等才能固化使用。
若甲醛過(guò)量，可導(dǎo)致支化，甚至凝膠。二酚基甲烷和甲醛反應(yīng)的速度大致與苯酚相同。
3、高鄰位酚醛樹(shù)脂的合成原理（Ph=4～7）
高鄰位酚醛樹(shù)脂，在合成中使用錳、鈷等金屬堿鹽作催化劑，得到苯酚部分主要通過(guò)鄰位連接的熱塑性樹(shù)脂。固化速度快，最終產(chǎn)品熱剛性好。
（1） 反應(yīng)歷程 甲醛（水分子）→甲二醇+二階金屬離子（催化劑）→與苯酚氧原子螯合，并在鄰位親電取代→生成鄰羥甲基苯酚+二階金屬離子（催化劑）→繼續(xù)與游離苯酚氧原子螯合，并在鄰位親電取代→形成o，o′-二羥基二苯基甲烷→高鄰位線性聚合產(chǎn)物
（2） 動(dòng)力學(xué) 可用的催化劑中，錳、鈷、鎘、鉻最為有效，其次可以用鎂，銅、鎳的氫氧化物也很有效。二階金屬離子在反應(yīng)歷程中，與酚烴基形成螯合物，因此優(yōu)先生成鄰位加成的o，o´-二羥基二苯基甲烷。o，o´-二羥基二苯基甲烷在異構(gòu)體中活性最大，由此擴(kuò)展而成的高鄰位酚醛樹(shù)脂固化比一般的熱塑性酚醛樹(shù)脂快2～3倍。
表1 二羥基二苯基甲烷異構(gòu)體的反應(yīng)活性
|
異構(gòu)體 |
凝膠時(shí)間/s |
|
o，o´-二羥基二苯基甲烷 |
60 |
|
o，p-二羥基二苯基甲烷 |
240 |
|
o，p´-二羥基二苯基甲烷 |
175 |
