概述
糠醇樹脂是呋喃樹脂系列產品中的一種。呋喃樹脂是指以具有呋喃環的糠醇和糠醛作原料生產的樹脂類的總稱,其在強酸作用下固化為不溶和不熔的固形物,種類有糠醇樹脂、糠醛樹脂、糠酮樹脂、糠酮—甲醛樹脂等。糠醇樹脂是由糠醇為主體與甲醛縮聚而成的(改性產品又添加了尿素),外觀為深褐色至黑色的液體或固體,耐熱性和耐水性都很好,耐化學腐蝕性極強,對酸、鹼、鹽和有機溶液都有優良的抵抗力,是優良的防腐劑。糠醇樹脂強度高,是木材、橡膠、金屬和陶瓷等優良的粘結劑,也可用於生產塗料。糖醇樹脂的一個重要用途是在機械工業的鑄造工藝中作砂芯粘結劑,特別適用於大規模的、大批量的機械製造,如汽車軍工、內燃機、柴油機、縫紉機等的生產。用於鑄造砂芯的粘結劑時,糠醇樹脂具有以下特點:固化速度快、常溫強度低、分解溫度高;根據不同鑄件的含碳量,可選擇不同含氮量的樹脂;發氣小、高溫強度高、熱膨脹性適中、脆性大、氣孔傾向小、吸濕性大。在加入尿素改性後,可根據不同要求生產不同含氮量的糠醇樹脂,以滿足鑄鋼、鑄鐵和其他有色金屬鑄造工藝的要求。
我國糠醇樹脂的生產始於1960年代,有關單位對樹脂的原材料、生產工藝、固化劑、制芯工藝、生產設備等都進行了廣泛、細緻的研究,取得了豐富的一手資料。國內廣州、南通、遼陽等地最先建廠生產糠醇樹脂,由於生產工藝和設備簡單,易操作糖醇樹脂的生產發展很快,現有廠家 50多個,大多產量不大(大約在300~500 t/a左右),但也有具有一定規模,管理完善的企業,如山東聖泉集團就是糠醛、糠醇、糠醇樹脂一條龍生產。改革開放以後,隨著糠醛工業和糠醇工業的發展,很多鄉鎮和個體糠醛廠以產品深加工的形式開始了糠醇樹脂的生產,總產量大約在15 kt左右。隨著機械工業的發展,我國對糠醇樹脂的需求量應在20 kt/a以上,目前並有少量出口,若以糠醇樹脂出口代替糠醛和糠醇出口(我國每年出口糠醛和糠醇量約50 kt~60 kt,而這些出口的糠醛和糠醇絕大部分是用來生產糠醇樹脂),糠醇樹脂生產的前景更為廣闊。不斷改進產品質量,增加產品品種,最佳化產品性能,擴大產品性能,擴大出口量,將會有力地促進我國呋喃樹脂工業的發展。
發展狀況
呋喃樹脂是以糠醛為基本原料製成的一類聚合物的總稱。在呋喃樹脂的大分子中都含有呋喃環。
由於呋喃樹脂具有突出的耐蝕性、耐熱性以及其原料來源廣泛、生產工藝簡單等優點,早已引起了人們的重視。但是,長期以來由於呋喃樹脂的脆性大、粘結性差以及施工工藝差等缺點,在很大程度上限制了它在防腐領域中的套用,而且其套用範圍僅局限於膠泥、地坪和浸漬石墨等領域。到了70年代中期以後,由於合成技術和催化劑套用技術的突破,基本上克服了呋喃樹脂的以上缺點後,它才在防腐領域中得到較大的發展,且開始用於耐蝕玻璃鋼的製造。目前,國外呋喃樹脂在防腐領域中的套用量已超過了傳統使用的酚醛樹脂的量,特別是在一些溫度高、腐蝕性強的環境下,它發揮了很大的作用。
糠醛是製造呋喃樹脂的最基本的原料,它來源於農副產品,如棉籽殼、稻殼、玉米芯和玉米桿等。我國有著極其豐富的農副產品資源,目前糠醛的生產量也很大,呋喃樹脂又有許多優點,所以加強呋喃樹脂的生產和套用研究,使它更廣泛地套用於防腐工程中是很有意義的。
固化
呋喃樹脂的固化過程十分複雜。目前認為,呋喃樹脂的固化是由於呋喃環中的共軛雙鍵打開而交聯形成體型結構所致。此外,呋喃樹脂的側鏈中的其它活性基團在固化過程中可能也參與交聯反應。
實際上,呋喃樹脂的固化劑都是酸性物質。一般酚醛樹脂的固化劑也可作呋喃樹脂的固化劑,例如:苯磺醯氯、對甲苯磺醯氯、硫酸乙酯、磷酸和對甲苯磺酸等。與酚醛樹脂不同的是呋喃樹脂對固化劑的酸度要求更高,例如呋喃樹脂適用的硫酸乙酯的配比是:98%的硫酸:無水乙醇=2:1。上述化合物作為呋喃樹脂的固化劑的一個嚴重的缺點是樹脂與固化劑反應的放熱量大,配製後的適用期短,操作不便,且固化反應激烈,放出較多水分易形成氣泡,使固化後的製品抗滲性變差、脆性增大,因此要採用玻璃纖維增強就有困難。
目前,已開發了新型的呋喃樹脂固化劑,基本上解決了上述問題。這不但使呋喃樹脂能與環氧樹脂和不飽和聚酯樹脂一樣。可用來製作玻璃鋼,而且又改善了呋喃樹脂製品的力學性能。一般這些固化劑均和各廠生產的呋喃樹脂配套使用,或與填料混合在一起出售。
儘管新型固化劑改善了呋喃樹脂的固化工藝性能,但與環氧樹脂和不飽和聚酯樹脂相比,呋喃樹脂的固化工藝仍是比較差的,如凝膠時間較長,完全固化所需的時間更長,這給要在室溫下較快速固化帶來了困難。有時,為保證製品質量,不得不使製品在低於100°C。
呋喃樹脂的工業特性
呋喃樹脂目前廣泛套用於鑄造工業,由於其固化速度、造型精度高的特點得到業界的廣泛好評,呋喃樹脂與砂混合加固化劑之後可以配成呋喃樹脂砂進行造型,造型完成後變可以澆注生產鑄件了,如果對於鑄件表面光潔度要求較高的客戶可以在呋喃樹脂砂型表面刷一層塗料,既可以起到耐高溫的又可以提高光潔度的作用