Исследования влияние мольной концентрации карбамид:формальдегид на основные свойства смолы

Все КФ-смолы, описанные в исследовании, получены в лабораторных условиях в результате традиционной двухэтапной щелочно-кислотной реакции. Формальдегид (37%) помещали в реактор и нагревали до 60°C, а затем доводили рН реакции до 7,5 с помощью гидроксида натрия (20 мас. %). Затем равными частями с интервалом в 1 минуту добавляли карбамид и смесь нагревали до 90°C в течение 1 часа.
Затем рН реакции доводили до 4,5 с помощью муравьиной кислоты (20 мас. %) для конденсации. Вторую порцию карбамида снова помещали в реактор при температуре 40°C, после чего быстрое охлаждение до 25°C прекращало реакцию.
Для синтеза были добавлены различные количества первого карбамида, чтобы получить молярные соотношения Ф/К, равные 1,6, 1,4, 1,2 и 1,0. Для всех полученных смол конечный уровень pH после охлаждения был доведен до 8,0.
Измерение времени гелеобразования. Время образования геля измеряли путем добавления 3 мас. % хлорида аммония (NH4Cl) (20 мас. % раствора) в качестве отвердителя при 100°C с использованием измерителя времени образования геля. Результаты измерений были проведены с использованием гелевого измерителя времени с тремя повторениями для каждой КФ-смолы с различными молярными соотношениями Ф/К.

2. Определение содержания свободного формальдегида
Содержание свободного формальдегида в полученных КФ-смолах определяли слегка модифицированным методом сульфита натрия [15]. К 2-3 г образца КФ-смолы, растворенного в 100 мл дистиллированной воды, добавляли раствор 25 мл 1М сульфита натрия, смешанного с 10 мл HCl. Смешанный раствор, содержащий около 10 капель 0,1%-ного раствора тимолфталеина, нейтрализовали 1 Н-ной долей гидроксида натрия.
Процент содержания свободного формальдегида определяли методом эквивалент количества гидроксида натрия, израсходованного при титровании.

3. Анализ DSK
Для оценки характеристик отверждения КФ-смол, синтезированных с различным молярным соотношением Ф/К, при скорости нагрева 10°C/мин, использовали DSC (TA Q10, TA Instrument, New Castle, DE) с ячейками высокого давления.
Перед сканированием в ячейке высокого давления взвешивали примерно от 3 до 5 мг КФ-смол, по меньшей мере, с двумя повторениями на образец. Для каждого образца температура начала реакции, пиковая температура (Tp), теплота реакции (H) и энергия активации (Ea) были получены в результате анализа двух DSK кривы[, и было представлено среднее значение. Для расчета Ea полученных КФ-смол использовался метод динамического сканирования (также называемый методом Борхардта Дэниелса) [16]. Этот метод основан на однократном нагреве для анализа реакции отверждения, предполагающей кинетику n-го порядка, выраженную следующим уравнением (1):
(1)
Скорость реакции отверждения (d /dt) зависит от Z - предэкспоненциального коэффициента или частотного коэффициента Аррениуса, с-1;
Ea - энергии активации, Дж/моль,
R - газовой постоянной, 8,314 Дж/моль, K и T (абсолютная температура, К).
Используя логарифмы уравнения. (1) получаем:
(2)
Уравнение (2) может быть решено с помощью множественной линейной регрессии. Как Z, так и Ea могут быть получены из пересечения и наклона линии регрессии. Этот метод привлекателен тем, что он предоставляет обширную информацию, потенциально содержащуюся в одном запрограммированном эксперименте с температурой. Однако он не всегда надежен, когда используется для прогнозирования хода реакции в широком диапазоне температур и времени [17].