論文巖棉用酚醛樹脂體系

1、巖棉生產(chǎn)用酚醛樹脂體系的研究隨著巖棉制品的發(fā)展，用于生產(chǎn)巖棉保溫材料的酚醛樹脂膠粘劑研究也不斷深入。 過去對(duì)于巖棉樹脂的研究與巖棉產(chǎn)品的性能要求以及生產(chǎn)工藝結(jié)合不夠緊密，而隨著 巖棉生產(chǎn)裝備的日益成熟，對(duì)巖棉的生產(chǎn)工藝提出了更高的要求，對(duì)生產(chǎn)工藝中的各 要素以及要素間配合的研究也日益突顯。一、水溶性酚醛樹脂的反應(yīng)機(jī)理：巖棉具有優(yōu)異的絕熱性能，所以做為保溫材料被大量用于建筑保溫領(lǐng)域，因此要 求巖棉產(chǎn)品具有較好的耐老化性、憎水性、尺寸穩(wěn)定性以及低毒環(huán)保等特性。根據(jù)這 些特性以及生產(chǎn)工藝的要求，應(yīng)用于生產(chǎn)巖棉制品的樹脂就需要選擇水溶性熱固型酚 醛樹脂，同時(shí)這種酚醛樹脂還需要具用低游離醛、 低游離酚以

2、及優(yōu)良的儲(chǔ)存穩(wěn)定性能。 酚醛樹脂做為巖棉生產(chǎn)中的一個(gè)重要原料，也是巖棉生產(chǎn)工藝中核心技術(shù)之一。1）苯酚和甲醛的聚合反應(yīng)可以在堿性條件和酸性條件下發(fā)生。在酸性催化 劑作用下，生成線型熱塑性樹脂，不適合巖棉生產(chǎn)使用；在堿性催化劑作用下，生成 體型熱固性樹脂，適合巖棉生產(chǎn)使用。巖酚醛樹脂在堿性條件下縮聚，控制縮聚反應(yīng) 生成分子量為700-1000的低聚物，能夠有足夠的交接官能團(tuán)以及有較好的溶水性能來 滿足巖棉的生產(chǎn)以及性能要求。一般認(rèn)為，在合成水溶性酚醛樹脂的反應(yīng)中，堿性催化劑提供OH-與苯酚形成酚氧負(fù)離子：接著，在其鄰位或?qū)ξ话l(fā)生取代反應(yīng)：在堿性介質(zhì)中所形成的羥甲基酚比較穩(wěn)定，因此能繼續(xù)與過量甲醛

3、反應(yīng)，生成二 羥甲基酚和三羥甲基酚：2）酚醛樹脂與巖棉纖維的結(jié)合巖棉用主要原料為玄武巖纖維，SiC是纖維表面的主要官能團(tuán)，另外還應(yīng) 用長鏈的伯胺以及羥甲基等官能團(tuán)。 酚醛樹脂的結(jié)構(gòu)中主要含有苯環(huán)、 羥基以及一CH2 等官能團(tuán)。在對(duì)巖棉制品過行FTIR分析，出現(xiàn)苯環(huán)、羥基、長鏈的 一CH2、CN C、N H、Si OC、SiC等官能團(tuán)。因此 CN C、SiOC應(yīng)該就是玄武巖 纖維與樹脂膠合后新形成的化學(xué)鍵，增加了結(jié)合強(qiáng)度。3）通常用于巖棉生產(chǎn)的酚醛樹脂的技術(shù)指標(biāo)：夕卜觀紅棕色透明液體固體含量 4g/120C /2hrs41-45%pH 值（25C）7.5-8.5溶水性（25C /倍）>15

4、游離甲醛（%）< 0.5游離苯酚（%）< 0.54）酚醛樹脂與巖棉性能的關(guān)系：巖棉制品需要具有良好的耐老化性能。而酚醛樹脂固化后膠層結(jié)合強(qiáng)度在熱帶 地區(qū)暴露3年強(qiáng)度不變，暴露10年粘接強(qiáng)度尚能保持75%80%以上。脲醛樹脂固化后樹脂中仍殘存有親水的羥甲基，此親水基團(tuán)反復(fù)吸附與脫除水 分，使膠層處于反復(fù)干濕條件下，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力不斷變化，使其產(chǎn)生應(yīng)力裂紋，最終導(dǎo) 致龜裂產(chǎn)生；再由于高濕度與膠層酸介質(zhì)的作用下， 其自身發(fā)生水解，次甲基鍵斷裂, 導(dǎo)致膠層開膠：此外使用條件的劣化、水分的侵蝕等都促進(jìn)加速膠層的老化。在濕熱 環(huán)境下暴露2-3年膠合強(qiáng)度急劇下降，膠層開裂。巖棉制品需要具有良好的憎水

5、性能和尺寸穩(wěn)定性。酚醛樹脂固化后形成體型網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)具有良好的結(jié)合強(qiáng)度柔韌性能，使得具有更好的憎水性能和尺寸穩(wěn)定性能。巖棉制品的低游離醛低、游離酚不僅環(huán)保而且在同等施膠的情況下具有更低的 有機(jī)揮發(fā)份和灰份，保證結(jié)合強(qiáng)度的同時(shí)降低了有機(jī)物燃燒的可能。二、酚醛樹脂催化劑的選擇以及低灰份酚醛樹脂的特點(diǎn)：酚醛樹脂通常用的催化劑有堿金屬氫氧化物、堿土金屬氫氧化物、有機(jī)堿等，甲 階酚醛樹脂生產(chǎn)過程中可分為加成和縮合兩個(gè)步驟，不同的催化劑對(duì)加成和縮聚產(chǎn)生 的組分影響很大，進(jìn)而影響樹脂固化后制品的性能。在氫氧化鈉催化下，苯酚的對(duì)位具有比鄰位更高的反應(yīng)活性，故此無論在熱固性 的甲階酚醛樹脂或線型樹脂中余下的反應(yīng)活

6、性點(diǎn)多為活性較差的鄰位。所以采用氫氧 化鈉催化的酚醛樹脂制，雖樹脂工藝簡(jiǎn)單，但是固化后脆性大、板材彎曲強(qiáng)度小、韌 性低。而使用二價(jià)金屬離子做為催化劑生產(chǎn)出的具有高鄰位熱固性的酚醛樹脂比一般熱 固性甲階酚醛樹脂固化速度快，固化強(qiáng)度好。下表列出了 100克水中氫氧化鋇在不同溫度下的溶解度：溫度/C104060溶解度/g2.488.2220.94所以是在巖棉生產(chǎn)過程中，使用氫氧化鋇做為催化劑在常溫下很難溶與樹脂中， 在貯存以及使用過程中會(huì)緩慢析出，形成 膠泥”造成施膠系統(tǒng)堵塞使產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)以 及過濾網(wǎng)需要清理影響生產(chǎn)效率。為了解決氫氧化鋇的沉淀問題， 很多酚醛樹脂生產(chǎn)廠家使用氫氧化鈉或氫氧 化鈉與氫

7、氧化鋇復(fù)配的催化劑，造成了酚醛樹脂在縮聚反應(yīng)上有著很大的差別，使巖 棉制品在性能上有了差別。由于巖棉制品中鈉、鋇離子大量存在，使巖棉制品具有吸 濕性，吸收空氣中的水分子使得巖棉板在應(yīng)用時(shí)重量增加出現(xiàn)坍塌和粉化。在夾芯板中使用時(shí)，由樹脂中帶來的金屬鈉、鋇離子與金屬墻板之間發(fā)生 交換水解加快腐蝕縮短使用壽命。氫氧化鈉和氫氧化鋇在生產(chǎn)使用過程中都存在一些不可避免的缺陷，我們 使用了另一種高效、無污染的有機(jī)堿做為催化劑，解決了金屬堿催化劑帶來的以上問 題使得灰份更低。我們有機(jī)堿催化生產(chǎn)的低灰份酚醛樹脂具有穩(wěn)定性好，貯存使用中無沉淀析出、 生產(chǎn)效率高的巖棉用酚醛樹脂，客戶可以加水以及其它添加劑后直接使用

8、。該樹脂水溶性好，和其它助劑配制粘結(jié)劑時(shí)穩(wěn)定性高， 不產(chǎn)生沉淀，霧化時(shí)不 易堵噴嘴。該樹脂在巖棉生產(chǎn)過程中固化較快。該樹脂生產(chǎn)的巖棉制品憎水性能較高，不易吸潮。該樹脂相對(duì)普通鋇催化樹脂生產(chǎn)的巖棉制品強(qiáng)度要高。三、巖棉用酚醛樹脂系統(tǒng)中添加劑的選擇：為了提高巖棉制品的憎水性能以及結(jié)合強(qiáng)度會(huì)添加不同的助劑，最常用的助 劑有憎水劑和偶聯(lián)劑。1）憎水劑應(yīng)具有優(yōu)異的乳化性能，能夠在穩(wěn)定細(xì)粒乳液的同時(shí)防止產(chǎn)品過度 粘稠或過度親水。憎水劑含有反應(yīng)性聚二甲基硅氧烷，這是一種已被證實(shí)適用于對(duì)礦 棉進(jìn)行持久憎水處理的有效成分，它能牢固地附著于礦物表面，并形成穩(wěn)定、耐用的 有機(jī)硅網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)同時(shí)具有憎水性和

9、透汽性。在巖棉生產(chǎn)過程中選擇與 酚醛樹脂混溶好的憎水劑產(chǎn)品很關(guān)鍵，好的相溶性能可以發(fā)揮酚醛樹脂和憎水劑的憎 水性能。2）用酚醛樹脂將無機(jī)礦巖纖維進(jìn)行粘合，巖棉板才能顯示出良好的結(jié)合強(qiáng)度， 為了改進(jìn)界面之間的粘接，就需要加入一種界面交聯(lián)劑，稱為偶聯(lián)劑。偶聯(lián)劑的種類 很多，與酚醛樹脂配合使有最成熟和實(shí)用的就是有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑KH550。在有機(jī)膠粘劑中加入硅烷偶聯(lián)劑不僅能提高粘合強(qiáng)度，而且能改善膠粘劑的耐久性和耐熱老化性 能。在巖棉生產(chǎn)應(yīng)用過程中有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑 KH550的加入方法和時(shí)間對(duì)整個(gè)酚醛樹脂 系統(tǒng)有著很大的影響。加入不當(dāng)，不但不能發(fā)揮偶聯(lián)劑的功能還會(huì)破壞酚醛樹脂中的 有效成份造成不良的影響。

10、有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑 KH550水解比較快，所以，KH550在巖棉 酚醛樹脂體系溶液中最后加入，并且盡可能在30-60分鐘內(nèi)用完加入KH550的酚醛樹脂。四、巖棉酚醛樹脂固化時(shí)間與溫度的關(guān)系：水溶性酚醛樹脂在105C開始固化，在120C以上開始進(jìn)行充分固化。常規(guī) 生產(chǎn)工藝在生產(chǎn)過程中需要至少三段高溫固化過程。第一段：傳熱：固化爐溫度不易過高，如果在高溫下巖棉表層的酚醛樹脂迅速固化，會(huì)使得熱量很難進(jìn)入巖棉板芯層，造成中心層酚醛樹脂固化不完全而形成面包棉第一段固化溫度通常保持在160-170C。第二段：表層固化推動(dòng)內(nèi)固化：巖棉板由外向內(nèi)開始高溫固化，表層固化產(chǎn)生熱 量向內(nèi)層均勻傳遞使得芯層能夠有較高的溫度完全固化。這一段是溫度最高的固化階 段，常通保持在180-200C。第三段：平衡應(yīng)力階段：從高溫固化段出來，水汽、溫差以及固化產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)造成結(jié)合強(qiáng)度退減，降低溫度會(huì)平衡應(yīng)力。所以第三段固化溫度通常保持在 170-180C第四段：熱堆放階段：將成型的產(chǎn)品堆放在一起保持溫度均勻下降可以解決產(chǎn)品 與環(huán)境中溫度與濕度的平衡，消除溫