Loading article…
 | |
| 識別子 | |
|---|---|
| |
| ケムスパイダー |
|
| ECHA 情報カード | 100.105.516 |
CompTox ダッシュボード ( EPA )
|
|
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
インフォボックス参照
| |
フェノールホルムアルデヒド樹脂（PF）は、フェノール樹脂またはフェノプラスト[1]とも呼ばれ、フェノールまたは置換フェノールとホルムアルデヒドの反応によって得られる合成ポリマーです。ベークライトのベースとして使用されたPFは、最初の商業用合成樹脂でした。ビリヤードボール、実験台などの成形品の製造、およびコーティングや接着剤として広く使用されています。かつては回路基板の製造に使用される主要な材料でしたが、耐火性FR-4回路基板材料 と同様に、エポキシ樹脂やグラスファイバークロスに大きく置き換えられました。
主な製造方法は2つあります。1つはフェノールとホルムアルデヒドを直接反応させて熱硬化性ネットワークポリマーを生成する方法、もう1つはホルムアルデヒドを制限してノボラックと呼ばれるプレポリマーを生成する方法です。このプレポリマーは成形後、さらにホルムアルデヒドと熱を加えて硬化させます。[2] [3]さまざまな樹脂を特殊目的に製造するために使用される製造方法と入力材料には多くのバリエーションがあります。
形成と構造
フェノール-ホルムアルデヒド樹脂は、酸触媒または塩基触媒のいずれかによる段階的重合反応によって形成されるグループです。ホルムアルデヒドは主にメチレングリコールオリゴマーの動的平衡として溶液中に存在するため、反応性ホルムアルデヒドの濃度は温度と pH に依存します。
フェノールはオルト位とパラ位（2、4、6位） でホルムアルデヒドと反応し、最大3単位のホルムアルデヒドが環に結合します。いずれの場合も、最初の反応はヒドロキシメチルフェノールの形成を伴います。
- HOC 6 H 5 + CH 2 O → HOC 6 H 4 CH 2 OH
ヒドロキシメチル基は、別の遊離オルトまたはパラ部位、あるいは別のヒドロキシメチル基と反応することができます。最初の反応ではメチレン架橋が形成され、2 番目の反応ではエーテル架橋が形成されます。
- HOC 6 H 4 CH 2 OH + HOC 6 H 5 → (HOC 6 H 4 ) 2 CH 2 + H 2 O
- 2 HOC 6 H 4 CH 2 OH → (HOC 6 H 4 CH 2 ) 2 O + H 2 O
ジフェノール (HOC 6 H 4 ) 2 CH 2 (「ダイマー」と呼ばれることもある) はビスフェノール Fと呼ばれ、エポキシ樹脂の製造において重要なモノマーです。ビスフェノール F はさらに結合して、トリフェノール、テトラフェノール、およびそれ以上のフェノールオリゴマーを生成することができます。
ノボラック
ノボラック（またはノボラック）は、フェノールに対するホルムアルデヒドのモル比が1未満のフェノール-ホルムアルデヒド樹脂です。フェノールの代わりに、クレゾール（メチルフェノール）から生成されることが多いです。重合は、硫酸、シュウ酸、塩酸、まれにスルホン酸などの酸触媒を使用して完了させます。[4]フェノール単位は主にメチレン基および/またはエーテル基で結合しています。分子量は数千で、約10～20フェノール単位に相当します。得られたポリマーは熱可塑性であり、熱硬化性樹脂を形成するには硬化剤または硬化剤が必要です。
ヘキサメチレンテトラミンは、ノボラックを架橋するために添加される硬化剤です。90℃を超える温度では、メチレンとジメチレンのアミノ架橋を形成します。レゾールは、ノボラック樹脂の硬化剤（硬化剤）としても使用できます。どちらの場合も、硬化剤はホルムアルデヒドの供給源であり、ノボラック鎖間に架橋を提供し、最終的にシステムを完全に架橋します。[2]
ノボラックは、タイヤの粘着付与剤、高温樹脂、炭素結合耐火物の結合剤、炭素ブレーキ、フォトレジスト、エポキシ樹脂の硬化剤など、さまざまな用途に使用されています。
レソル
塩基触媒フェノールホルムアルデヒド樹脂は、ホルムアルデヒドとフェノールの比率が 1 より大きい (通常は約 1.5) 状態で製造されます。これらの樹脂はレゾールと呼ばれます。フェノール、ホルムアルデヒド、水、触媒を、形成する樹脂に応じて必要な量で混合し、加熱します。反応の最初の部分 (約 70 °C) では、ヒドロキシメチル基とベンジルエーテル基を豊富に含む、赤褐色の粘り気のある物質が形成されます。
塩基触媒反応の速度は、最初はpHとともに増加し、pH = 10 付近で最大に達します。反応種は、フェノールの脱プロトン化によって生成されるフェノキシドアニオン (C 6 H 5 O − ) です。負電荷は芳香族環上に非局在化し、サイト 2、4、6 を活性化して、ホルムアルデヒドと反応します。
熱硬化性樹脂であるヒドロキシメチルフェノールは、約 120 °C に加熱すると架橋し、水分子の脱離によってメチレンとメチルエーテルの架橋を形成します。この時点で樹脂は 3 次元ネットワークであり、これは重合フェノール樹脂の典型です。このタイプのフェノール樹脂は、高い架橋により硬く、熱安定性が高く、化学的不浸透性があります。レゾールは、ノボラック (2 ステップ) 樹脂とは異なり、架橋剤なしで硬化するため、「1 ステップ」樹脂と呼ばれます。
レゾールは、建築材料の接着や接合に広く使用されている主要なポリマー樹脂材料です。外装合板、配向性ストランドボード(OSB)、エンジニアリング高圧ラミネートなどが代表的な用途です。
架橋とホルムアルデヒド/フェノール比
ホルムアルデヒド:フェノールのモル比が 1 に達すると、理論上はすべてのフェノールがメチレン橋を介して結合し、1 つの分子が生成され、システム全体が架橋されます。これが、ノボラック (F:P <1) が架橋剤を加えないと硬化せず、式 F:P >1 のレゾールが硬化する理由です。
アプリケーション
フェノール樹脂は、さまざまな工業製品に使用されています。フェノールラミネートは、紙、グラスファイバー、綿などの基材の 1 層または複数層にフェノール樹脂を含浸させ、樹脂が浸透した基材を熱と圧力下でラミネートすることによって作られます。このプロセス中に樹脂が完全に重合(硬化) し、熱硬化性ポリマーマトリックスが形成されます。基材の選択は、完成品の用途によって異なります。紙フェノールは、パンチスルーボードなどの電気部品の製造、家庭用ラミネート、紙複合パネルに使用されます。ガラスフェノールは、高速ベアリング市場での使用に特に適しています。フェノールマイクロバルーンは、密度制御に使用されます。通常の (有機) ブレーキパッド、ブレーキシュー、クラッチディスクの結合剤はフェノール樹脂です。フェノール樹脂と紙から作られた合成樹脂結合紙は、カウンタートップの製造に使用されます。フェノール樹脂のもう 1 つの用途は、トラバント自動車でよく使用されるデュロプラストの製造です。
フェノール樹脂は融点がなく、220 °C (428 °F) 以上の温度域でのみ分解点を持つため、耐候性・耐沸騰性(WBP) 合板として一般に知られている外装用合板の製造にも使用されます。
フェノール樹脂は、布で作られたスピーカードライバーサスペンション部品のバインダーとして使用されます。
高級ビリヤードボールは、安価なセットに使用されているポリエステルとは対照的に、フェノール樹脂で作られています。
初期のコンピュータシステム[5] やDuramoldのように、熱膨張係数がシステムの他の部品に使用されているアルミニウムの熱膨張係数とほぼ一致するため、繊維強化フェノール樹脂部品が選択されることがあります。
オランダの贋作画家ハン・ファン・メーヘレンは、完成したキャンバスを焼く前にフェノールホルムアルデヒドを油絵の具に混ぜ、何世紀にもわたって絵の具が乾燥しているように見せかけた。[出典が必要]
大気圏再突入宇宙船は、アブレーション熱シールド（アポロモジュールのAVCOATなど）の主要コンポーネントとしてフェノールホルムアルデヒド樹脂を使用しています。熱シールドの表面温度は 1000 ～ 2000 °C に達するため、樹脂は空気加熱により熱分解します。この反応によりかなりの熱エネルギーが吸収され、熱シールドの深層が断熱されます。熱分解反応生成物のガス放出と摩擦による炭化物の除去（アブレーション）も、これらの材料に吸収された熱を機械的に除去することで、宇宙船の断熱に貢献します。
商号
- ベークライトはもともとフェノール樹脂と木粉から作られていました。
- エボノールは、弦楽器や木管楽器の黒檀の代替品として設計された紙入りフェノール樹脂です。
- Novotext は、ランダムに配向した繊維を使用した綿繊維強化フェノール樹脂です。
- タフノールはシート状や棒状の積層プラスチックで、フェノール樹脂に浸した紙や布の層を熱プレスして作られています。油や溶剤に対する耐性が高いため、多くの工学用途に適しています。[6]
- オアシスフローラルフォームは「水を容易に吸収し、フラワーアレンジメントのベースとして使用されるオープンセルフェノールフォームです。」[7]
- パクソリンは、プリント回路基板のベース材料として長年使用されてきた樹脂結合紙製品ですが、多くの用途でガラス繊維複合材に置き換えられつつあります。
- リッチライトは、テーブルトップやカッティングボードからギターの指板まで、さまざまな用途に使われる紙入りフェノール樹脂です。
生分解
フェノールホルムアルデヒドは白色腐朽菌ファネロカエテ・クリソスポリウムによって分解される。[8]
参照
参考文献
- ^ 「フェノプラスト」. polymerdatabase.com . 2021年6月13日閲覧。
- ^ ab A. Gardziella、LA Pilato、A. Knop、「フェノール樹脂：化学、応用、標準化、安全性および生態学」、第 2 版、Springer、2000 年
- ^ Wolfgang Hesse「フェノール樹脂」、Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry、2002年、Wiley-VCH、Weinheim。doi :10.1002/14356007.a19_371 。
- ^ Ralph Dammel (1993)。「ノボラックの基礎化学」。ジアゾナフトキノン系レジスト。国際光工学協会。ISBN 9780819410191。
- ^ JG Ferguson、WE Grutzner、DC Koehler、RS Skinner、MT Skubiak、DH Wetherell。「No. 1 ESS 装置と機器」。ベルシステム技術ジャーナル。1964 年。2417 ページ。
- ^ Godwin, R. (2015年4月). 「What is Tufnol?」. 2018年4月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年4月8日閲覧。
- ^ 「Smithers Oasis Resource Center」。2008年4月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年10月21日閲覧。
- ^ Gusse AC; Miller PD; Volk TJ (2006 年 7 月)。「白色腐朽菌がフェノール樹脂の初の生分解性を実証」。環境科学技術。40 ( 13): 4196– 9。Bibcode :2006EnST...40.4196G。doi : 10.1021/es060408h。PMID 16856735 。