CN102746479A

CN102746479A - 一种摩擦材料用硼酚醛树脂的制备方法

Info

Publication number: CN102746479A
Application number: CN2011101034158A
Authority: CN
Inventors: 李本林; 汪万强
Original assignee: Xiangfan University
Current assignee: Xiangfan University
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2012-10-24

Abstract

一种摩擦材料用硼酚醛树脂的制备方法，用于硼酚醛树脂的制备。本发明采用两步法，首先将苯酚与甲醛在酸催化下反应，生成小分子量酚醛树脂，小分子量酚醛树脂再与硼酸反应，生成硼改性酚醛树脂。通过调节原料配比，控制反应温度、时间和其它条件，得到硼改性酚醛树脂，本发明硼酚醛树脂各项技术指标均满足《摩擦材料用酚醛树脂》GB/T2441-2009的要求；与普通酚醛树脂相比，本发明硼酚醛树脂作为摩擦材料的结合剂，制成的摩擦材料摩擦系数高温稳定好，磨损率更低；本发明提供的生产工艺与普通酚醛树脂相近，易于推广应用。

Description

一种摩擦材料用硼酚醛树脂的制备方法

技术领域

本发明涉及树脂材料技术领域，具体是一种摩擦材料用硼酚醛树脂的制备方法。

背景技术

摩擦材料通常由粘结剂、纤维增强材料、摩擦性能调节剂和填料组成。酚醛树脂及其改性物是摩擦材料最基本的粘结剂，同时也是摩擦材料中化学性能、热稳定性最差的组分，其性能直接影响摩擦材料的热衰退性能、恢复性能、磨损性能和机械性能。目前，车辆向高速重载化方向发展，对摩擦材料的耐温性能提出了越来越高的要求。因此，酚醛树脂耐高温改性成为摩擦材料领域研究热点，硼酚醛树脂具有很好的耐高温性能，被认为是当前最成功的改性酚醛树脂品种之一，但因其加工性能较差，限制了在高科技领域中的广泛应用。目前，市售硼酚醛树脂因没有流动性，不能应用于摩擦材料实际生产。2009年12月发布的国家标准《摩擦材料用酚醛树脂》GB/T 24411-2009，未将硼酚醛树脂列为摩擦材料用酚醛树脂。因此，发明一种适用于摩擦材料的硼酚醛树脂是摩擦材料领域的迫切需求。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种摩擦材料用硼酚醛树脂的制备方法，以使硼改性酚醛树脂的耐热性得到明显改进，达到摩擦材料用酚醛树脂的技术指标的要求。

为实现上述目的，本发明提供的硼酚醛树脂的制备方法，采用两步法的工艺路线，首先将苯酚与甲醛在酸催化下反应，生成小分子量酚醛树脂，小分子量酚醛树脂再与硼酸反应，生成硼改性酚醛树脂。其具体步骤如下：

(1)将重量份为30～150的苯酚加入到容器中，升温至40℃～60℃，然后加入重量份为23～118的甲醛溶液(37％水溶液)，用酸调节溶液的PH值至2～3时，逐渐升温至回流温度反应1h～1.5h，然后再向体系每隔五分钟滴加入酸调节溶液PH值至2～3，反应0～0.5h后用碱液调节溶液的PH值至7～8左右终止反应。

(2)向步骤(1)中得到的产物中加入重量份为5～20的硼酸，加热至回流温度，反应0.5h～1h后减压脱水，液体逐渐变粘稠，且呈现黄绿色，停止反应，出料冷却。

即得所需产品。

本发明中，步骤(1)中所述的酸为盐酸、草酸、磷酸、对甲苯磺酸、硫酸或其组合。

本发明中，步骤(2)中所述的碱为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钡、氢氧化钾、碳酸钾或其组合。

本发明的反应过程如下：

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明的聚合时间为49s，流动度为28mm，游离酚含量为2.2％，各项技术指标均满足《摩擦材料用酚醛树脂》GB/T2441-2009的要求，能够作为摩擦材料常用粘结剂。

(2)与普通酚醛树脂相比，本发明硼酚醛树脂的耐热性能明显提高，通过热重分析显示，其热分解温度比普通酚醛树脂提高约230℃；硼酚醛树脂作为粘结剂制备的摩擦材料在《汽车用制动器衬片》GB 576-2008规定的试验温度范围内，摩擦系数的稳定性高于、磨损率低于普通酚醛树脂。

(3)本发明提供的生产工艺与普通酚醛树脂相近，可在普通酚醛树脂生产设备上生产，易于推广。

附图说明

图1为本发明和普通酚醛树脂热失重曲线；

图2为本发明和普通酚醛树脂红外光图谱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，而不是限制本发明的范围。

实施例1：

(1)将128.5g苯酚加入到安装有冷凝器、温度计、电搅拌器的500mL三口烧瓶中，升温至40℃，然后加入100.7g甲醛溶液(37％水溶液)，用0.1mol/L的草酸溶液调节三口瓶中溶液的PH值至2～3时，逐渐升温至回流温度104℃反应1h，然后再用0.1mol/L盐酸溶液向体系每隔五分钟滴加调节溶液PH值至2～3，反应0.5h后用0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节溶液的PH值至7～8左右终止反应。

(2)向步骤(1)中得到的产物中加入17.1g硼酸，加热至回流温度，反应0.5h后减压脱水，真空度为0.01～0.06MPa，三孔瓶中液体逐渐变粘稠，且呈现黄绿色，停止反应，出料冷却，即得所需产品。

实施例2：

(1)将30g苯酚加入到安装有冷凝器、温度计、电搅拌器的500mL三口烧瓶中，升温至40℃，然后加入23.5g甲醛溶液(37％水溶液)，用0.1mol/L的对甲苯磺酸溶液调节三口瓶中溶液的PH值至2～3时，逐渐升温至回流温度104℃反应1h，然后再用0.1mol/L盐酸溶液向体系每隔五分钟滴加调节溶液PH值至2～3，反应0.5h后用0.1mol/L的氢氧化钾溶液调节溶液的PH值至7～8左右终止反应。

(2)向步骤(1)中得到的产物中加入5g硼酸，加热至回流温度，反应0.5h后减压脱水，真空度为0.01～0.06MPa，三口瓶中液体逐渐变粘稠，且呈现黄绿色，停止反应，出料冷却，即得所需产品。

实施例3：

(1)将85g苯酚加入到安装有冷凝器、温度计、电搅拌器的500mL三口烧瓶中，升温至40℃，然后加入66.7g甲醛溶液(37％水溶液)，用0.1mol/L的磷酸溶液调节三口瓶中溶液的PH值至2～3时，逐渐升温至回流温度104℃反应1h，然后再用0.1mol/L硫酸溶液向体系每隔五分钟滴加调节溶液PH值至2～3，反应0.5h后用0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节溶液的PH值至7～8左右终止反应。

(2)向步骤(1)中得到的产物中加入11.5g硼酸，加热至回流温度，反应0.5h后减压脱水，真空度为0.01～0.06MPa，三孔瓶中液体逐渐变粘稠，且呈现黄绿色，停止反应，出料冷却，即得所需产品。

实施例4：

(1)将150g苯酚加入到安装有冷凝器、温度计、电搅拌器的500mL三口烧瓶中，升温至40℃，然后加入117.5g甲醛溶液(37％水溶液)，用0.1mol/L的草酸溶液调节三口瓶中溶液的PH值至2～3时，逐渐升温至回流温度104℃反应1h，然后再用0.1mol/L磷酸溶液向体系每隔五分钟滴加调节溶液PH值至2～3，反应0.5h后用0.1mol/L的碳酸钡溶液调节溶液的PH值至7～8左右终止反应。

(2)向步骤(1)中得到的产物中加入20g硼酸，加热至回流温度，反应0.5h后减压脱水，真空度为0.01～0.06MPa，三孔瓶中液体逐渐变粘稠，且呈现黄绿色，停止反应，出料冷却，即得所需产品。

通过上述实施例所制得的硼酚醛树脂的热失重曲线如图1(a)、红外光图谱如图2(a)所示。

图1、图2中，(a)为本发明的曲线条；(b)为普通酚醛树脂的曲线条。

通过热重分析显示，本发明硼酚醛树脂的耐热性能明显提高，其热分解温度比普通酚醛树脂提高约230℃(见图1)。热分解温度提高的主要原因在于硼元素引入到酚醛树脂结构中(见图2)。在图2中，(a)线的1383cm^-1处有B-O键的伸缩振动吸收峰，而(b)线没有。

Claims

1.一种摩擦材料用硼酚醛树脂的制备方法，其特征在于：采用两步法，首先将苯酚与甲醛在酸催化下反应，生成小分子量酚醛树脂，小分子量酚醛树脂再与硼酸反应，生成硼酚醛树脂，其具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种摩擦材料用硼酚醛树脂的制备方法，其特征在于：所述的小分子量酚醛树脂的分子量为200～600。

3.根据权利要求1所述的一种摩擦材料用硼酚醛树脂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的酸为盐酸、草酸、磷酸、对甲苯磺酸、硫酸中的一种或几种组合。

4.根据权利要求1所述的一种摩擦材料用硼酚醛树脂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的碱为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钡、氢氧化钾、碳酸钾中的一种或几种组合。