Список тематических статей
Фурановые Смолы
Термореактивные олигомерные или полимерные продукты конденсации и ионной полимеризации фурфурола, фурфурилового спирта и их смесей друг с другом или с различные соединениями.
Представляют собой твердые аморфные или жидкие темноокрашенные вещества. Механизм и глубина протекания реакций, приводящих к образованию и отверждению смол, а следовательно, структура и свойства последних на различные стадиях получения зависят не только от типа и соотношения исходных компонентов, но и от природы и количества катализатора, условий проведения реакций.
Многообразие и сложность этих реакций обусловлены высокой реакционной способностью альдегидной (в фурфуроле) и метилольной (в фурфуриловом спирте) групп, атомов водорода в a-положении к циклический атому О, а также наличием способных к ионной полимеризации двойных связей. Кроме того, фурановые циклы способны к конденсации, а после нарушения сопряжения – к раскрытию.
Фурфурол и фурфуриловый спирт могут конденсироваться между собой, с других альдегидами, кетонами, спиртами, а также с фенолами. Эти реакции ускоряются кислотными и, в меньшей степени, щелочными катализаторами. Ионная полимеризация по двойным связям и раскрытие цикла катализируются сильными протонными кислотами (соляной, серной, фосфорной и другими) или кислотами Льюиса (галогенидами металлов).
Наибольшее значение имеют фурановые смолы, получаемые из фурфурола, фурфурилового спирта (его олигомеры называют также фуриловыми смолами) или их смесей в заданном соотношении, например смолы из фурфурилфурфураля – продукта взаимодействия фурфурола с фурфуриловым спиртом в молярном соотношении 1:2.
Жидкие фурановые смолы этого типа синтезируют в присутствии небольшого количества сильной кислоты при повышенной температуре с последующей, нейтрализацией получаемых продуктов водным раствором аммиака или щелочи.
Твердые фурановые смолы на основе фурфурола или фурфурилового спирта получают в присутствии гексаметилентетрамина или небольшого количества воды и малеинового ангидрида в качестве катализатора. Такие фурановые смолы в исходном состоянии представляют собой сложные смеси линейных и разветвленных олигомеров, фурановые циклы которых соединены в a-положениях различные мостиковыми группами и содержат свободные функциональные группы в концевых звеньях.
При образовании олигомеров возможно возникновение мостиковых связей между циклами в результате частичной полимеризации по двойным связям. Такие смолы растворимы в спиртах, сложных эфирах, кетонах, ароматический углеводородах. В нейтральной среде при комнатной температуре они сохраняют химическую активность в течение года и более.
При введении кислотного катализатора, например бензол- или п-толуолсульфокислот, их хлорангидридов или аммониевых солей, и(или) при нагревании фурановые смолы отверждаются благодаря поликонденсации функциональных групп (с выделением воды в качестве побочного продукта) и ионной полимеризации по двойным связям, инициируемой термически или кислотными катализаторами (без выделения низкомолекулярных веществ).
В отвержденном состоянии фурановые смолы представляют собой жесткие и хрупкие, стойкие к термический (до 300оC), радиационным и химическим воздействиям густосетчатые полимеры темного цвета. При карбонизации они дают высокий выход кокса (60-80%) с образованием неграфитизируемых углеродных материалов.
Широко применяют также Фурановых смол-продукты альдольной конденсации фурфурола с ацетоном в щелочной среде. Реакция сопровождается отщеплением воды и образованием фурфу-рилиденацетона и дифурфурилиденацетона.
Смолы этого типа способны отверждаться по механизму ионной полимеризации по ненасыщенным связям в присутствии кислотных катализаторов и при повышенной температуре с образованием густосетчатых жестких и хрупких полимеров, близких по структуре и свойствам к отвержденным фурановых смол на основе фурфурола и фурфурилового спирта. Фурфурол-ацетоновые мономеры используют непосредственно для создания отверждающихся композиций или их предварительно подвергают форполимеризации с образованием жидких и твердых растворимых олигомеров (формополимеров), отверждаемых на дальнейших стадиях переработки.
Не отвержденные фурановые смолы на основе фурфурола, фурфурилового спирта и фурфурол-ацетоновых мономеров хорошо совмещаются с пластификаторами, термопластичными полимерами, реакционноспособными олигомерами и термореактивными смолами, каучуками, асфальтами и пеками.
Их сочетание с мономерными, олигомерными и полимерными добавками (как правило, реакционноспособными), а также синтез в присутствии этих добавок широко используют для модификации фурановых смол. Наиболее часто модификацию проводят конденсацией фурфурола с фенолами и формальдегидом, фурфурилового спирта или фурфурол-ацетоновых мономеров с метилольными производными фенолов и меламина, фурфурилового спирта с ксилитом, тетраэтоксисиланом и других полифункциональными мономерами.
Твердые фурановые смолы сплавляют с новолачными феноло-формальдегидными смолами. Жидкие мономеры – фурфурол, фурфуриловый спирт, продукты их конденсации с ацетоном – вводят в феноло-формальдегидные, эпоксидные, бисмалеинимидные смолы в качестве реакционноспособных (активных) растворителей для регулирования вязкости и скорости отверждения исходных композиций и повышения их химической и термической стойкости в отвержденном состоянии.
Фурановые смолы и их модификации используют главным образом в качестве (утверждающихся связующих полимербетонов, коррозионно- или огнестойких замазок (мастик), волокнистых слоистых стекло-, угле- и асбопластиков, древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит, а также как клеи, лаки, пропиточные составы и других Используют также их в производстве стекло-углерода, углерод-углеродных композиционных материалов и как вулканизующие агенты для каучуков.
Фурановые смолы токсичны и при работе с ними требуется соблюдение мер предосторожности.
Гладкова Наталья