[科普中国]-酚醛树脂结合剂

酚醛树脂结合剂(phenolic resin binder)是指耐火材料用的一种有机结合剂。它是用苯(或甲酚、或二甲酚、或间苯二酚)与甲醛(或糖醛)混合物在催化剂作用下缩聚得到的树脂。它是一种非水性有机结合剂。以前，含碳耐火材料的结合多数采用焦油和沥青，但随着镁-碳和铝-碳耐火材料的推广应用，用酚醛树脂取代或部分取代沥青作结合剂得到广泛采用。

简介酚醛树脂结合剂(phenolic resin binder)是指耐火材料用的一种有机结合剂。它是用苯(或甲酚、或二甲酚、或间苯二酚)与甲醛(或糖醛)混合物在催化剂作用下缩聚得到的树脂。它是一种非水性有机结合剂。以前，含碳耐火材料的结合多数采用焦油和沥青，但随着镁-碳和铝-碳耐火材料的推广应用，用酚醛树脂取代或部分取代沥青作结合剂得到广泛采用，其主要原区在于：

(1)碳化率高(52%)；

(2)结性好，成型的坯体强度高；

(3)烧后的结合强度高；

(4)常温下碳化速度可以控制；

(5)有害物质含量少，可改善作业环境。

酚醛树脂结合剂随所用的原料成分、配比、催化剂，以及制备工艺不同而不同。酚醛树脂结合剂的分类有以以下3种。

(1)按加热性状或结构形态分类，有热固性酚醛树脂结合剂-一甲阶酚醛树脂结合剂和热塑性酚醛树脂结合剂-一线型酚醛树脂结合剂。

(2)按产品形态分类，有液态酚醛析脂结合剂。又可分为水溶性酚醛树脂和醇溶性酚醛树脂结合剂。固态酚醛树脂结合剂，有粒状、块状和粉末状之分。

(3)按固化温度分类，有高温固化型酚醛树脂结合剂，固化温度130-150℃；中温固化型酚醛树脂结合剂，固化温度105-110℃；常温固化型酚醛树脂结合剂，固化温度20-30℃。

此外，还有各种改性酚醛树脂，如间苯二酸改性树脂、甲酚改性树脂、烷基酚醛树脂、密胺改性树脂、尿素改性树脂和沥青改性树脂等1。

线型酚醛树脂也称热塑性酚醛树脂，由甲醛(F)和苯酚(p)按摩尔比F/P=0.6-0.9配合，在酸性催化剂(如盐酸、硫酸等)作用下形成。反应结果一般聚合度(核体)n为2-10，多数为7，分子量为400-1000。

但在工业上生产酚醛树脂时，不可能控制到每个分子都具有相同的聚合度，因而工业酚醛树脂是不同聚合度的同系物的混合物。

线型酚醛树脂的粘度一与其分子量和温度有关。图粘度是随着温度升高而下降。在相同温度下，粘度随分子量增大而提高。线型酚醛树脂在较低温度下可长时间存放，但未反应的酚会挥发掉，使粘度略有升高。在较高温度下存放时，会发生再聚合现象，分子量增大，也会使粘度升高。线型酚醛树脂可溶于有机溶剂，如二甘醇、乙撑二醇、乙醇、甲醇等。因此用作耐火材料的结合剂时，为了取得较合适的粘度，可用有机溶剂来调整。线型酚醛树脂除有液体状的外，还有固体状，其熔化温度随分子量的增大而提高，加入苯酚可使其熔点降低。固态线型酚醛树脂加热时出现热塑性2。

甲阶酚醛树脂也称热固性酚醛树脂，由甲醛与苯酚按摩尔比F/P=1-3，在碱性催化剂(如氢氧化钠、氢氧化铵、氢氧化钡、氢氧化钙等)作用下形成。

反应形成邻经甲基酚或对经甲基酚，继续进行加成反应，便可生成多独甲基酚；再经缩聚反应，形成初期酚醛树脂(即甲阶酚醛树脂)。

反应结果一般形成平均分子量为150-500甲阶酚醛树脂，反应中也会生成低分子量的异形体。如果不断进行缩聚反应，最后会形成不溶不熔状态的丙阶酚醛树脂(为末期酚醛树脂)。

甲阶酚醛树脂也有固体块状、粉状和液态状产品，甲阶酚醛树脂有可溶于水的和可溶于有机溶剂的两类。水溶性的是由于有亲水性的轻甲基(-CH2OH)存在所致。而经过脱水的甲阶酚醛树脂为溶于有机溶剂的树脂，可溶于甲醉、乙醉、甘醇、丙酮等。标准型的甲阶酚醛树脂为溶于有机溶剂型的。

液状甲阶酚醛树脂的粘度与树脂的分子量大小、溶剂种类和树脂含量有关。常温下的粘度在0.02-100Pa·s范围内，而且其粘度也随温度而变化，温度升高粘度下降。同时也存在着粘度随存放时间而变化的现象，存放时间延长，粘度变大，存放期过长会凝固而无法使用。一般夏季存放时间为2-3个月，冬季要长些。用甲阶酚醛树脂作为结合剂时、为了使其发生便化(固化)，可借助于加热使其发土硬化，也可在常温下加酸促使其硬化。其碳化过程为甲阶酚醛树脂的进一步缩聚反应，即由甲阶酚醛树脂(初期酚醛树脂)经过乙阶酚醛树脂最后缩聚成为丙阶酚醛树脂(末期酚醛树脂)，成为不溶不熔的硬化体。

酚醛树脂既可作烧成和不烧含碳或含碳化硅耐火制品的结合剂，又可作含碳和碳化硅不定形耐火材料的结合剂3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学