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Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Laboratorio de Técnicas de Polimerización y Formulación Practica : “RESINA FENOLICA”(RESOL) Equipo No. 5 Tania Edith Sánchez Galván Grupo: 3IM74

Fecha de entrega: 18Mayo-2016

INTRODUCCION: Las resinas de fenol formaldehído PF polímeros sintéticos obtenidos por la reacción de fenol o fenol sustituido con formaldehído. Otros nombres con los cuales se suele denominar a las resinas fenol formaldehído son: fenoplastos, resinas formofenólicas o simplemente resinas fenólicas. Las resinas fenólicas se utilizan principalmente en la producción de placas de circuitos. Son más

conocidos sin embargo, para la producción de productos moldeados incluyendo bolas de billar, encimeras de laboratorio y como recubrimientos y adhesivos. En forma de baquelita, son consideradas las primeras resinas sintéticas comerciales.  Estructura química y síntesis Las resinas fenólicas, también llamadas fenoplastos, son de las primeras resinas que se sintetizaron. Han sido realizados numerosos estudios sobre sus mecanismos de reacción en la síntesis y su reacción con otras sustancias. Se obtienen mediante la reacción de fenoles y aldehídos, siendo el fenol y el formaldehído las materias primas más importantes en la producción de resinas fenólicas. Determinadas condiciones de operación, principalmente el pH y la temperatura, tienen un gran efecto sobre el carácter de los productos obtenidos en las reacciones entre el fenol y el formaldehído. Estas tienen tres etapas diferentes: - La adición inicial del formaldehído al fenol para dar metilolfenoles. - Crecimiento de la cadena mediante condensaciones y adiciones alternativas a temperaturas por debajo de 100ºC, y - Reticulación y endurecimiento de las resinas a temperaturas por encima de 100ºC. Diferencias entre estas etapas, dan como resultado la obtención de dos tipos de resinas formo-fenólicas, las novolacas y los resoles.  Novolacas Se obtienen mediante la reacción de fenol y formaldehido bajo condiciones ácidas con exceso molar en fenol. La relación molar fenol-formaldehído es 1: (0.75-0.85) y el catalizador empleado es el ácido oxálico. En la formación de la novolaca se produce mediante los siguientes pasos:

1.- El formaldehido en solución acuosa y medio ácido se encuentra en forma de metilenglicol.

En los procesos industriales, el formaldehido se encuentra en disolución acuosa con metanol como estabilizador. Se han realizado diversos estudios sobre la cinética de reacción de la polimerización del formaldehído en agua. 2.- La adición se produce en las posiciones orto y para del fenol, que está en equilibrio con los correspondientes alcoholes bencílicos que bajo condiciones ácidas se presentan como iones carbono bencílicos.

3.- Estos con el

4.se llega menor

productos reaccionan fenol dando dihidroxifenilmetanos

Continuando la reacción a la formación de novolacas con un peso de 5000.

5.- Estas relaciones son termoplásticas, solubles, fusibles y permanecen estables almacenadas. 6.- Para realizar la reacción de entrecruzamiento, es necesario añadir endurecedores. Generalmente se añade hexametilentetramina (HMTA) en una proporción que va desde 5 a 15 %. 7.- Con esto, se forman estructuras reticuladas, con puentes metileno, amina secundaria y amina terciaria, que dan lugar a materiales termoestables.

 Resoles Se obtienen mediante la reacción de fenol y formaldehido bajo condiciones básicas con exceso molar en formaldehído. La relación molar fenol-formaldehído es 1:(1.2-3) y el catalizador empleado es el NaOH (hidróxido de sodio). La formación del resol se produce mediante los siguientes pasos: 1.- En una primera etapa, se forma el anión fenolato con deslocalización de la carga negativa en las posiciones orto y para.

2.- A continuación tiene lugar la metilolación.

Sustitución orto favorecida iones Ba+2, Ca+2, Mg+2 (pH

por bajos) Sustitución para favorecida por iones K+, Na+ (pH altos) 3.- Polimetilolación

Estos

productos son los monómeros de la siguiente etapa de la

reacción. 4.- El peso molecular se incremena por condensación de los grupos metilol formando puentes metileno o puentes éter. En este último caso puede producirse una pérdida subsiguiente de formaldehído con formación de puentes metileno.

5.- Si estas reacciones continúan (catalizadas por calor o por adición de ácidos a temperatura ambiente) pueden condensar gran cantidad de núcleos fenólicos para dar lugar a la formación del retículo.

6.- Durante el entrecruzamiento pasa por tres estados: - Líquido, fusible y soluble - Intermedio (resitol), prácticamente infusible, pero moldeable por efecto del calor, se hincha con algunos disolventes y posee baja resistencia mecánica. - Estado final, infusible, insoluble y con alta resistencia mecánica. En la producción de este tipo de resinas, la relación molar fenol-formaldehido se encuentra en el rango 1: (1 - 3). La relación de catalizador basado en fenol es 1:(1 - 0.01) El tipo de catalizador tiene mayor influencia sobre la estructura y distribución de pesos moleculares que en el caso de la novolaca. Se requiere un buen control de la temperatura y del tiempo de reacción. Se necesita un vacío adecuado (50 mbar) y agua de refrigeración para mantener el máximo de 60ºC. La destilación se finaliza cuando se obtiene un contenido de resina deseado. La viscosidad de la resina puede ser regulada mediante una condensación posterior a 70ºC. La resina se enfría a temperatura ambiente.  Propiedades y características Densidad: - 0.9 - 1.25 g/cm3 para resinas líquidas - 1.2 - 1.3 g/cm3 para resinas sólidas - 1.3 - 1.8 g/cm3 para los materiales de moldeo Las posibilidades de coloración son limitadas (tonos oscuros) La absorción de agua depende, en los materiales de moldeo, de la carga. Por ejemplo, a temperatura ambiente, después de 24 h. de inmersión, se tendrá un 0.1 % en caso de tener una carga mineral y un 0.6 % para una carga textil. Las resistencias a tracción, compresión, flexión dependen de la carga. La tensión a ruptura varía: - en tracción de 25 a 50 MPa - en compresión de 140 a 250 MPa - en flexión de 55 a 91 MPa Debido a su red tridimensional las piezas moldeadas no presentan prácticamente alargamiento a ruptura. Resistencia al choque: la resistencia Charpy con probeta entallada es característica de la naturaleza de la carga utilizada. Esta determinación sirve de base para la clasificación de los materiales de moldeo. Estas resinas tienen una conducta térmica muy buena. Por ejemplo, los materiales de moldeo pueden soportar, sin daño durante 24 horas, una temperatura de 200ºC, si la carga es harina de madera y entre 220 y 230ºC si

las cargas son de tipo mineral. Los fenoplastos son infusibles. Por encima de 250ºC se descomponen liberando principalmente vapor de agua, gas carbónico y monóxido de carbono. Resisten a los disolventes, ácido y bases débiles. Son atacados principalmente por ácidos y bases fuertes. Presentan un comportamiento muy bueno al envejecimiento natural. Sin embargo, amarillean por la acción de la luz solar. Para paliar este inconveniente, se utilizan pinturas por las que tienen buena afinidad. - Excelentes características dieléctricas. - Poco peso. - Resistencia a la corrosión. - Bajo coste. - Superficie dura y lisa. - Resistencia a la abrasión - Baja emisión de humos tóxicos.

APLICACIONES. Las resinas fenólicas según su campo de aplicación pueden ser clasificadas en tres grandes grupos: 1.Resinas fenólicas técnicas (RFT) se utilizan para: abrasivos, materiales de fricción, textil, fundición, filtros, lacas y adhesivos. 2.Resinas fenólicas para madera y aislantes (RFMA) tienen su campo de aplicación en: lanas minerales, impregnaciones, materiales de madera, espumas. 3.Resinas fenólicas para polvos de moldeo (PM), que son suministradores de las industrias eléctrica, automovilística y electrodoméstica. A continuación se exponen algunas de las aplicaciones más importantes de las resinas fenólicas : •Composites de madera Este tipo de aplicación incluye: paneles multilaminares, madera aglomerada, paneles de madera conglomerada con fibra y composites de madera macroscópicos tales como vigas, etc. Cuando se requiere resistencia a la humedad se eligen resinas fenólicas y/o base resorcinol. Cuando dicha resistencia no es requerida se utilizan otros productos tales como resinas urea-formaldehido, melanina-formaldehido, poliuretanos y emulsiones tipo polivinil acetato. La fabricación de paneles multilaminares requiere adherir tres o más capas de madera con una resina fenólica bajo unas determinadas condiciones de calor y presión. La formulación de la resina depende de si se utiliza un proceso de fabricación húmedo o seco. Se suelen usar resoles solubles en agua. En general, la resina se combina con rellenos y disolventes que controlan la humedad y evitan la penetración del substrato. Por ejemplo, para el caso de resoles, el tiempo de curado del panel es 5 min. a 140-150 ºC para paneles delgados y 1-1.5 min/mm para paneles con grosores mayores de 10 mm.

En investigaciones referentes a la producción de paneles multilaminares con pasta Kraft, la adición de ésta, produce la sustitución parcial del fenol disminuyendo el formaldehido y alcali (NaOH, KOH) necesario para la producción de dichos paneles. Esta adición no empeora las propiedades de la resina (viscosidad, estabilidad,...). La fabricación de maderas aglomeradas requieren resoles líquidos. Las temperaturas y presiones dependen de la densidad del composite final. Para la obtención de determinados composites ("wafer board") se utilizan maderas de árboles de poco diámetro. Pueden ser unidos con resinas sólidas mediante pulverización. •Uniones de fibra. Son uniones de vidrio y lanas de vidrio minerales con resoles solubles en agua de bajo peso molecular que se utilizan como aislantes. También se usan dispersiones fenólicas con bajas concentraciones de volátiles. La resinas elegidas para este tipo de operaciones son de tipo orto o combinaciones de resoles y novolacas. Son muy utilizadas en la industria de la construcción y automoción. •Laminados. Existen una gran variedad de aplicaciones para laminados con base papel, algodón o sustrato de vidrio. Los laminados pueden ser decorativos o industriales (circuitos electrónicos, tubos, barras...) La producción de laminados requiere la impregnación de láminas con soluciones de resina fenólica, donde la penetración de la fibra es función de la viscosidad y estructura molecular de la resina. Más tarde la lámina impregnada se seca en un horno donde los disolventes se evaporan. El contenido de resina dependiendo del uso varía entre 30 y 70 % en peso de la lámina curada. Las temperaturas de curado oscilan entre 150 y 175 ºC, y las presiones entre 3.4 y 14 MPa. Entre sus propiedades más importantes destacan la resistencia al uso y a la humedad, las buenas propiedades mecánicas y sus excelentes propiedades aislantes. •Resina para fundición Las resinas fenólicas son importantes en la industria de la fundición aunque la cantidad de agente ligador para la consolidación de las arenas de moldeo es aproximadamente entre 2 y 3 % en peso. •Abrasivos Existen dos tipos de abrasivos con base resina fenólica: a) Uniones abrasivas (ruedas de molienda): poseen una gran resistencia a la tensión y a la temperatura. Su principal aplicación es la molienda de metales b) Baños abrasivos (papel de lija, discos,...): resisten altas temperaturas. En este caso los papeles se bañan con resoles de viscosidad media y se deposita electrostáticamente el material abrasivo. •Materiales de fricción La industria de la automoción posee componentes sometidos a fricción tales como frenos, embragues, transmisiones, que están fabricados con resinas fenólicas.

Sus procesos de fabricación más comunes incluyen: impregnación, extrusión, moldeo y secado. Se utilizan novolacas o resoles (sólidos o líquidos) en un 10-20 % en peso de la mezcla de composite. Otros ingredientes incluyen rellenos, fibras semimetálicas, ... La combinación de los diferentes aditivos, el tipo de resina fenólica y el proceso empleado determinan las propiedades de fricción, niveles de ruido y resistencia térmica del composite final. •Materiales de moldeo Los materiales de moldeo fenólicos son composites que contienen rellenos (fibras o partículas), aditivos y una elevada concentración de resina ligadora. La carga más utilizada es la harina de madera. Si se exigen características de resistencia a la humedad y estabilidad dimensional se usan talcos, carbonato de calcio, amianto, mica (aplicaciones eléctricas) y fibras de vidrio cortas. En caso de necesitar buenas propiedades mecánicas se introduce algodón. Algunos materiales de moldeo contienen cargas de grafito, bisulfuro de molibdeno, para mejorar el coeficiente de frotamiento. Propiedades importantes del producto curado incluyen: - Resistencia a la temperatura (aplicaciones en automoción). - Buenas propiedades eléctricas - Resistencia a disolventes. Las propiedades finales dependen del tipo de resina, relleno y de sus concentraciones. La resina fenólica utilizada en materiales de moldeo es novolaca curada con HMTA aunque también se usan combinaciones de novolacas y resoles para aplicaciones en electricidad. La utilización de los materiales de moldeo es dirigida a la fabricación de accesorios eléctricos, utensilios domésticos, cajas de fusibles, reles, soportes, bobinas, partes de teléfonos. •Baños y adhesivos La mayoría de las aplicaciones para baños y adhesivos poseen resinas fenólicas y otros polímeros de tipo termoplástico o termoestable. En el caso de baños se utilizan en la fabricación de pinturas anticorrosión, barnices, lacas aislantes (industrias eléctricas), pulimentos,... La formulación con epóxidos, acrílicos, ... proporcionan diferentes propiedades a los sistemas de curado. Las composiciones de resinas fenólicas (generalmente novolacas) varía dependiendo del polímero con el que se combine. En general poseen las siguientes propiedades: - Buena resistencia a los disolventes. - Resistencia a la abrasión. - Estabilidad térmica. - Propiedades anticorrosivas y aislantes. Las combinaciones más comunes para la obtención de adhesivos son: - Nitrilo-fenólica - Butadieno-fenólica - Etilenpropilendien - goma - Resinas con base neopreno y terpeno. •Nuevos desarrollos

Sus buenas propiedades tales como la buena resistencia mecánica y a la llama, su reducida densidad de humos y toxicidad, y su resistencia al uso entre otras muchas, son responsables del desarrollo de nuevas aplicaciones tales como: a) Revestimientos, que pueden ser de dos tipos: Revestimientos cocidos Revestimientos para cubos y tambores Revestimientos para contenedores de comida Revestimientos para coches, intercambiadores de calor y equipos industriales. Revestimientos secados al aire: o Varnices o Apresto (pintura) con base alcali o Apresto (pintura) para lavado b) Las resinas reforzadas con fibra (FRP) son utilizadas en la industria de la automoción. Estas poseen una baja densidad, elevada resistencia a la tensión y al impacto, resistencia a la corrosión, baja transmisión de calor, buen aislante eléctrico, baja transmisión del sonido y buena resistencia al uso. c) Espumas fenólicas: Poseen una serie de ventajas frente a otro tipo de aislantes tales como una gran resistencia a la llama, reducida emisión de humos, toxicidad nula y poco peso. Son utilizadas generalmente en la industria de la construcción, recubrimientos de recipientes y tubos en industrias de proceso, circuitos de refrigeración y ventilación.

FORMULACION : MEDIO BASICO : RACTIVO Formaldehido Resorsinol NaOH

DESARROLLO EXPERIMENTAL:

CANTIDAD 4ml 1.5g 2 gotas (36%V)

CONCLUSIONES: LAS RESINAS FENOLICAS SE PUEDEN PREPARAR MEDIANTE VIA ACIDA Y VIA BASICA DONDE LA VIA ACIDA DARA COMO RESULTADO NOVOLACAS LAS R E T IR A R D EL B A Ñ O M A R IA , E N JU A G A R PA R A E L IM IN A R IM P U R E Z A S C U ID A R LA R EAC CI O N PO R 2 0 M IN A D IC IO N A LES

C O LO C A R EL TU BO D E E N S AY E EN B A Ñ O M A R IA M A N TE N IE N D O U N A TEM PER AT U RA D E 60°C

PES A R EL R ESO R C IN O L Y C O LO C A R LO EN U N TU BO D E E N S AY E

A D IC IO N A R U N PA R D E G O TA S D E N aO H

M E D IR EL FO R M A L D E H ID O Y A D IC IO N A R A L TU BO D E E N S AY E Q U E C O N T IE N E EL R ER O R C IN O L

CUALES PRESENTAN COMO DESVENTAJA LOS SUB-PRODUCTOS QUE SE GENERAN CUANDO SE DESCOMPONEN ESTO A ALTAS TEMPERATURAS MEDIANTE VIA BASICA EN LA REACCION DE CONDENSACION SE OBTIENEN LOS LLAMADOS RESOLES , LA RESINA OBTENIDA POR ESTA VIA PRESENTA CONDUCTIVIDAD TERMICA ALTA, ES RESITENTE A LOS DISOLVENTES , SE ENCUENTRA EN EL MERCADO A UN COSTO MUY ACCESIBLE. Los usos de las resinas fenólicas hoy en día, juegan un importante papel en la tecnología moderna (automoción, aeroespacial), en aplicaciones para fibras sintéticas, ordenadores, construcción entre muchos otros usos.

CUESTIONARIO: 1.-Explique en que consiste la poli condensación: Consiste en una reacción donde participan dos o mas soluciones para formar dos o mas monómeros para formar un dimero que a su vez dan como resultado final el polímero que se desea. 2.-Indique de que depende que se obtenga un resol o una novolaca Esto depende de las condiciones de la reacción si es medio acido se obtiene novolaca , si la reacción es en medio básico se obtiene un resol. 3.-Diga a que se debe que un resol tenga mayor tolerancia al agua que una novolaca Debido al peso molecular de estas ya que el peso molecular de una novolaca es menor en comparación con el peso molecular del resol. 4.-¿Por qué se requiere aplicar vacio para eliminar el agua de la resina? Porque este permite separar las fibras de la resina y asi poder eliminar los restos de agua presentes en la resina 5.-Mencione algunas aplicaciones de las resinas fenólicas Laminados , revestimientos , baños y adhesivos , materiales de moldeo , etc.