Фурановая смола

Структурная формула фурана - такие звенья встречаются в молекулярной структуре фурановых смол.

Фурановые смолы (сокращенно FA ) представляют собой группу отверждаемых линейных смол, которые являются производными фурановых производных фурфурилового спирта и фурфурола . Они экологически значимы, так как их исходное сырье получают из отходов пищевого производства. Это означает, что они полностью биогенные и играют особую роль среди термореактивных материалов .

Название происходит от слова фуран , так как фурановые кольца, помимо прочего, неоднократно появляются в молекулярной структуре смол.

Типы

Термин фурановые смолы не используется постоянно в литературе. Например, смолы на основе фурфурилового спирта и фурана иногда понимают как фурановые смолы, а иногда только смолы на основе фурфурилового спирта. Помимо гомополимеров двух исходных материалов, к фурановым смолам также относятся сополимеры, например, с компонентами формальдегида , мочевины или фенола .

Производство и структура

Фурановые смолы на основе фурфурилового спирта получают поликонденсацией под действием слабых кислот . Это создает олигомеры разной длины и связанные. Фурановые кольца в основном связаны через метиленовые группы (–CH 2 -), но есть также связи через группы диметиленового эфира (–CH 2 –O - CH 2 -). Однако, особенно в сильнокислых условиях, формальдегид отщепляется от них и снова образуются метиленовые группы.

Чтобы получить стойкую к хранению смолу, реакцию останавливают добавлением каустической соды . Продукты имеют коричневатый цвет и вязкость от низкой до средней . При 40 ° C они стабильны около 6 месяцев. На втором этапе они могут быть отверждены при комнатной температуре путем добавления кислот (например, п- толуолсульфоновой кислоты, фосфорной кислоты) или при более высоких температурах путем добавления скрытых отвердителей, таких как нитрат аммония . Происходящие реакции сложны и давно исследуются. В 1996 году было обнаружено, что в полимерах образуются участки с сопряженными двойными связями , которые ответственны за сшивание .

Конъюгация полифурфуриловый спирт

Перекрестные связи образуются реакциями двойных связей вне фурановых единиц с концевыми метилольными группами или дизамещенными фурановыми кольцами .

характеристики

Перед отверждением свойства фурановых смол аналогичны свойствам других отверждаемых смол. Они способны к связыванию (т. Е. Их можно использовать в качестве связующих ), реактивны по отношению к кислотам, термически реактивны и сшиваются. После отверждения фурановые смолы химически устойчивы к воздействию большинства химикатов, таких как сильные кислоты и основания , а также галогенированные углеводороды . На них действуют только окислители . Они термически стабильны, сопротивление зависит от продолжительности теплового воздействия. Длительное использование возможно при температуре 100–120 ° C без каких-либо проблем, но в отдельных случаях материал также можно использовать при температуре до 150 ° C. Некоторые типы отличаются своей огнестойкостью и низким дымовыделением . Также они обладают высокой прочностью.

Детали изготовлены методом литья в песчаные формы. Фурановые смолы служат связующим веществом для литейных форм.

применение

Фурановые смолы в основном используются в качестве связующих для литейных форм . Есть также множество других возможных применений. Их можно использовать для коррозионно-стойких армированных волокном пластиков или коррозионно-стойких неорганических связующих (например, для огнеупорных кирпичей). Фурановые смолы также могут использоваться в качестве термореактивной твердой матрицы в композиционных материалах . Примеры применения - полуфабрикаты, армированные натуральным волокном, такие как панели внутренних дверей автомобилей и панели МДФ . Преимуществами перед сопоставимыми нефтехимическими материалами являются более низкая плотность и чрезвычайно низкие выбросы ЛОС , но механические свойства значительно хуже, чем у сопоставимых продуктов.

Экологические аспекты

Кукурузные початки для производства фурановых смол
Багасса для производства фурановых смол

Использование фурановых смол имеет ряд преимуществ по сравнению с другими синтетическими смолами. Поскольку исходные вещества могут производиться полностью из возобновляемого сырья , дефицитного ископаемого сырья не требуется. Также выгодно использовать остатки сельскохозяйственных культур, которые не нужно специально выращивать. Никаких дополнительных площадей не требуется, и здесь нет конкуренции за еду. Однако происходит потеря питательных веществ , которую необходимо компенсировать за счет удобрения . Еще предстоит оценить, является ли использование сырья в виде фурановых смол экологически более предпочтительным по сравнению с рекуперацией энергии .

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ б с д е е г Arne Gardziella: фурановых смол (FF). В: Wübrand Woebcken (ред.): Kunststoffhandbuch (= Duroplaste. Том 10). 2-е полностью переработанное издание, Hanser Verlag, Мюнхен, 1988, ISBN 978-3-446-14418-7 , стр. 70–84.
  2. ↑ a b c Оливер Тюрк: Материальное использование возобновляемого сырья. Springer Vieweg, Висбаден, 2014 г., ISBN 978-3-8348-1763-1 , стр. 443-454.
  3. ↑ a b c Майкл Бирон: Термореактивные материалы и композиты: выбор материалов, области применения, производство и анализ затрат. Elsevier, Амстердам, 2014 г., ISBN 1-4557-3125-0 , стр. 257-259.
  4. ↑ Дж. Б. Барр и С. Б. Валлон: Химия смол фурфурилового спирта . В: Журнал прикладной науки о полимерах . лента 15 , 1971, с. 1079-1090 , DOI : 10.1002 / app.1971.070150504 .
  5. ^ RH Kottke: Производные фурана. В кн . : Энциклопедия химической технологии. Раймонд Эллер Кирк и Дональд Фредерик Othmer, 4 декабря 2000, доступ к 16 августа 2019 .
  6. ↑ б Алессандро Гандини & Mohamend Насер Belgacem: фураны . В: Ханна Додюк и Сидни Х. Гудман (ред.): Справочник по термореактивным пластмассам . Elsevier, Амстердам, 2014 г., ISBN 978-1-4557-3107-7 , стр. 93-110 .
  7. ^ A b Алессандро Гандини и Мохаменд Насер Белгасем: фураны в химии полимеров . В кн . : Успехи полимероведения . лента 22 , нет. 6 , 1997, стр. 1203-1379 , DOI : 10.1016 / S0079-6700 (97) 00004-X .
  8. ↑ a b Мекки Чура, Насер М. Бельгасем и Алессандро Гандини: Катализированная кислотой поликонденсация фурфурилового спирта: механизмы образования хромофора и сшивки. В кн . : Макромолекулы. 29 (11), 1996, стр. 3839-3850, DOI : 10.1021 / ma951522f .
  9. ↑ a b Майкл Бирон: Термореактивные материалы и композиты: выбор материалов, применение, производство и анализ затрат. Elsevier, Амстердам, 2014 г., ISBN 1-4557-3125-0 , стр. 86.