Resina de formaldeído fenóico (PF) são um grupo variado de resinas sintéticas produzidas pela reação de compostos fenólicos e aldeídos. Essas resinas foram identificadas pela primeira vez na década de 1870, com a Bayer criando a primeira síntese. Posteriormente, por meio de estudos contínuos, LH Baekeland, um cientista americano, criou um sistema de resina fenólica útil em 1909. Ele então fundou a Bakelite Company, que deu início à produção industrial de resinas fenólicas. Essas resinas são agora comuns em compostos de moldagem, produtos de modelagem, isolamento, revestimentos, materiais de encapsulamento e materiais refratários.
1. Síntese de Resinas Fenólicas
As resinas fenólicas são produzidas a partir de uma variedade de matérias-primas, resultando em diferentes tipos e propriedades. A resina de fenol-formaldeído é a resina industrial mais utilizada. Ela é criada a partir de fenol e formaldeído por meio de um processo de duas etapas envolvendo adição e policondensação. Dependendo dos requisitos específicos do material, o processo de reação e a velocidade das reações de adição e policondensação podem ser controlados variando as condições do processo de síntese das resinas fenólicas para produzir resinas com diferentes estruturas moleculares, viscosidades, teores de sólidos e teores de carbono residual.
2. Classificação das Resinas Fenólicas
A estrutura molecular das resinas fenólicas pode ser alterada controlando-se as configurações de síntese. Essas configurações afetam as reações de adição e policondensação. Com base nessas estruturas moleculares, as resinas fenólicas podem ser classificadas como resinas fenólicas termoplásticas e resinas fenólicas termofixas.
2.1 Resina Fenólica Termoplástica (Novolac)
Resina Fenólica Termoplástica (como Resina Fenólica 2402) são resinas fenólicas lineares caracterizadas por seu arranjo molecular de cadeia linear. Elas são produzidas principalmente pela reação do excesso de fenol (P) com formaldeído (F) sob condições ácidas.
As Resinas Fenólicas Termoplásticas são criadas por meio de uma reação de dois estágios: primeiro, uma reação de adição e, em seguida, uma reação de policondensação. Como a reação ocorre em um ambiente ácido, a adição resulta principalmente na formação de grupos monometilol nas posições orto e para do anel benzênico (ver Figura 2). O segundo estágio, a policondensação, envolve principalmente a desidratação do monometilolfenol produzido com o monômero fenólico. Além disso, em condições ácidas, a taxa da reação de policondensação é muito mais rápida do que a da reação de adição. Além disso, a presença de fenol no sistema de reação é maior do que a de formaldeído. Isso faz com que os grupos hidroximetil gerados durante o processo de adição reajam rapidamente com o excesso de fenol no sistema, formando macromoléculas lineares, resultando na ausência de grupos funcionais hidroximetil ativos nas moléculas do produto da reação. A fórmula estrutural é mostrada na Figura 4.
2.2 Resina Fenólica Termoendurecível (Resol)
Resina fenólica termoendurecível (como Resina fenólica para materiais eletrônicos) é um produto intermediário relativamente reativo sintetizado pela reação por um certo período de tempo sob a ação de um catalisador alcalino e calor em uma proporção molar de formaldeído para fenol maior que 1. Portanto, se o processo de síntese não for controlado, ele pode facilmente reagir violentamente, levando à gelificação e até mesmo reações de reticulação, formando, por fim, macromoléculas insolúveis e infusíveis.
O processo de síntese da resina fenólica termoendurecível também é dividido em duas etapas. A etapa inicial envolve uma reação de adição onde grupos hidroximetil são formados no anel benzênico, especificamente nas posições orto e para, levando à criação de monometilolfenol. Como a atividade de reação dos átomos de hidrogênio ativos nas posições orto e para do anel benzênico é muito maior do que a do grupo hidroxila no grupo hidroximetil em condições alcalinas, o grupo hidroximetil resultante não é facilmente policondensado. Os átomos de hidrogênio ativos no anel benzênico podem reagir com mais grupos hidroximetil, levando à criação de dimetilol e trimetilolfenol. A Figura 5 mostra essa reação de adição. Em seguida, ocorre uma reação de policondensação onde os grupos polimetilol reagem com átomos de hidrogênio ativos no monômero fenólico. Isso cria uma ponte metina, ou os grupos hidroximetil desidratam para formar uma ligação éter. À medida que essa policondensação continua acontecendo, ela forma uma resina fenólica resol ramificada.
O mecanismo de cura das resinas fenólicas termofixas é bastante complexo. Atualmente, a teoria mais aceita baseia-se nos grupos hidroximetil ativos presentes na estrutura molecular das resinas fenólicas termofixas. Durante o aquecimento, esses grupos hidroximetil reagem de duas maneiras: com átomos de hidrogênio ativos no anel benzênico, formando ligações metileno, ou com outros grupos hidroximetil, formando ligações éter.
3. O mecanismo de ligação das resinas fenólicas como ligantes
Existem quatro ideias principais para explicar como os adesivos poliméricos unem as coisas: intertravamento mecânico, difusão, atração eletrônica e adsorção. Para sistemas de resina fenólica, o intertravamento mecânico é fundamental.
O processo de colagem das resinas fenólicas ocorre em duas etapas. Inicialmente, a resina penetra em todos os pequenos orifícios e áreas irregulares da superfície a ser colada. Para que isso aconteça, a resina precisa molhar bem a superfície. Em seguida, a resina fenólica endurece. Durante esse processo, as moléculas se unem para formar uma rede. Isso permite que as moléculas de resina fiquem presas nos orifícios e áreas irregulares, criando uma forte aderência que mantém a resina e a superfície firmemente unidas.
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