無定形、線形的高聚物一般是熱塑性的,也就是當(dāng)體系的溫度升高時(shí),這種高聚物將變得較易變形(變軟).當(dāng)使一線形高聚物交聯(lián)時(shí),就形成三度空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),所有平移運(yùn)動(dòng)都受到限制,同時(shí)形成高聚物凝膠.加熱形成交聯(lián)的高聚物稱為熱固性的.熱固性樹脂是不溶、不熔的,一般又是化學(xué)惰性的.因?yàn)樗鼈兓瘜W(xué)的不活潑性,要鑒定熱固性樹脂極端困難;然而,一般關(guān)于熱固性物質(zhì)特性的說法看來還是正確的.甚至在低交聯(lián)度(百分之幾),高聚物也成為不溶的,但是在良溶劑里將會(huì)溶脹,直到體系的滲透壓等于由高聚物體積膨脹而產(chǎn)生的鏈節(jié)間的應(yīng)力.當(dāng)交聯(lián)密度增加時(shí),最終膨脹體積將減小,直到大約10-20%交聯(lián)時(shí)形成一不吸溶劑的、堅(jiān)硬的網(wǎng)狀物.
例如,天然橡膠(全部為順式1,4-聚異戊二烯)是熱塑性的.加入大約2%的硫磺,橡膠就變成交聯(lián)的(硫化的),當(dāng)將交聯(lián)橡膠放進(jìn)能溶解線形橡膠的液體時(shí),雖然它仍有彈性,可以溶脹,但不能溶解了.中度交聯(lián)密度的橡膠變硬,能用來做象梳子一類的物品.高交聯(lián)度(含硫25-35%)的橡膠變得非常硬,可用來做游戲用的液球.
氨基塑料是重要的熱固性樹脂之一,它包括脲醛(UF)樹脂和三聚氰胺甲醛(MF)樹脂.它們與大多數(shù)通常的模塑和涂料樹脂不同,這些氨基塑料是透明的,在正常操作下不呈黃色.
尿素與甲醛在中性或微堿性條件下反應(yīng),根據(jù)所用當(dāng)量比形成單羥甲基脲或雙羥甲基脲:
當(dāng)UF反應(yīng)在酸性溶液里進(jìn)行時(shí),形成一系列線形的和支化的縮合產(chǎn)物,分子量在200到500范圍內(nèi).齊各納(Zigeuner)明確地認(rèn)為在酸中產(chǎn)生的樹脂結(jié)構(gòu)為:
因此幾乎可以肯定,在酸性介質(zhì)中發(fā)生的主要反應(yīng)是羥甲基-胺縮合:
~~~CH2OH+H2N~~~ → ~~~CH2NH~~~+H2O (13-3)
UF反應(yīng)對pH是非常敏感的,已證明,pH在3和5之間反應(yīng)速度正比于氫離子濃度.
在堿性溶液中,縮合反應(yīng)主要發(fā)生在羥甲基之間:
~~~CH2OH+HOCH2~~~ → ~~~CH2—O—CH2~~~H2O (13-4)
德?容(de Jong)和德?容格(de Jonge)曾提出尿素和甲醛縮合的酸堿催化機(jī)理,并用甲醛的雙羥次甲基形式解釋這一機(jī)理:
雖然有許多理論解釋在UF樹脂形成中產(chǎn)生的現(xiàn)象,但是最好的還是由維爾(Vale)和泰(Taylor)總結(jié)的機(jī)理.當(dāng)尿素和甲醛放在一起加熱時(shí),如果將溶液冷卻,在反應(yīng)初期形成的產(chǎn)物將發(fā)生沉淀:
然而反應(yīng)到更高程度時(shí),可能因?yàn)榉磻?yīng)(13-3)和(13-4),使產(chǎn)物的親水性減小,同時(shí)由于交聯(lián),最后使產(chǎn)物凝膠化:
因?yàn)榻宦?lián)也可能是由于形成雙醚[反應(yīng)(13-4)],又因?yàn)槎0坊训逆I顯然要比二酰胺次甲基的熱穩(wěn)定性差,所以當(dāng)加熱凝膠化的高聚物時(shí)就會(huì)失去甲醛,其結(jié)果可能是:
UF的預(yù)聚物可以經(jīng)干燥后用作模塑粉料,還能濃縮成漿,通過加入酸催化劑,使它熟化作為粘合劑;通過引入陰離子或陽離子側(cè)掛基團(tuán)使它變成水溶性的,用作紙的涂層;或者與丁醇反應(yīng)成為油溶性的,用作表面涂層.
三聚氰胺與甲醛反應(yīng),某些方面類似于尿素生成一類稱之為MF樹脂的化合物.在縮合前主要的反應(yīng)是形成三羥甲基三聚氰胺:
雖然適當(dāng)調(diào)整反應(yīng)物的當(dāng)量,也可形成六羥甲基三聚氰胺.當(dāng)加熱時(shí)多羥甲基三聚氰胺進(jìn)一步縮合成樹脂,這種樹脂比UF樹脂疏水性強(qiáng),甚至在MF樹脂里由親水樹脂到疏水樹脂的次序也是明顯的.要說明MF的縮聚機(jī)理是很困難的;然而,溫塞特拉(Wohnsiedler)已提出下列可能的反應(yīng):
RNHCH2OH+H2NR → RNHCH2NHR+H2O (13-16)
MF樹脂可以象UF樹脂那樣改變配方以滿足不同的用途.
幾種不常用的氨基塑料是采用如硫脲、苯胺、2,4-二氨基6-苯基-三嗪(benzoguanamine)和二氰基二胺為原料,與尿素或三聚氰胺合用,或者作為尿素或三聚氰胺的代用品.
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