การใช้เรซินฟีนอลิกในวัสดุทนไฟเช่นอิฐคาร์บอนแมกนีเซียและโคลนปืนปราศจากน้ำ

【บทคัดย่อ】ฟีนอลิกเรซินเป็นตัวประสานที่สำคัญของวัสดุทนไฟ เมื่อเทียบกับยางมะตอยแล้วฟีนอลิกเรซินมีคุณสมบัติในการเปียกที่ดีสำหรับวัสดุทนไฟและกราไฟต์อัตราคาร์บอนตกค้างสูงการยึดเกาะที่ดีและสามารถผสมและขึ้นรูปได้ที่อุณหภูมิห้อง ตัวสีเขียวมีข้อดีคือมีความแข็งแรงสูงมีสารอันตรายต่ำและสามารถปรับปรุงสภาพแวดล้อมในการทำงานได้ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นสารยึดเกาะสำหรับวัสดุทนไฟที่มีคาร์บอน บทความนี้เริ่มต้นด้วยเรซินฟีนอลิกวิเคราะห์และกล่าวถึงการใช้เรซินฟีนอลิกในอิฐแมกนีเซีย - คาร์บอนอิฐอลูมิเนียมคาร์บอนและวัสดุทนไฟรูปคาร์บอนคอมโพสิตอื่น ๆ รวมถึงวัสดุแห้งที่แห้งแล้งโคลนปืนปราศจากน้ำในเตาหลอมและวัสดุทนไฟอสัณฐานอื่น ๆ

การวิจัยเรซินฟีนอลิกที่ใช้ในวัสดุทนไฟส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การดัดแปลงเรซิน ในหมู่พวกเขาการใช้ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาเพื่อปรับปรุงโครงสร้างและประสิทธิภาพของคาร์บอนที่เหลือเรซินเป็นแนวโน้มสำคัญในการวิจัยในอนาคต สารยึดเกาะเป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้ในวัสดุทนไฟมีบทบาทในการประสานอนุภาควัสดุทนไฟและผงเข้าด้วยกัน การสังเคราะห์เครือข่ายชนิดใหม่ที่สอดแทรกเรซินฟีนอลิกประสิทธิภาพสูงเป็นอีกหนึ่งแนวโน้มในการวิจัยในอนาคต วิธีนี้ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเรซินเองเพื่อให้มีโครงสร้างเครือข่ายที่ซับซ้อนกว่าเรซินฟีนอลิกธรรมดาหลังจากการบ่ม ปรับปรุงความแข็งแรงในการอบที่อุณหภูมิต่ำและความแข็งแรงที่อุณหภูมิปานกลางของวัสดุในขณะที่ลดปริมาณฟีนอลและลดต้นทุนของเรซินฟีนอลิก

1 เรซินฟีนอลิก

เรซินฟีนอลิก (Phenolicresins) เป็นเรซินสังเคราะห์ขนาดใหญ่ที่เตรียมโดยการควบแน่นของสารประกอบฟีนอลิกและสารประกอบอัลดีไฮด์ สารประกอบอัลดีไฮด์ที่ใช้ส่วนใหญ่มักใช้ฟอร์มาลดีไฮด์และอัลดีไฮด์อื่น ๆ เช่นอะซิทัลดีไฮด์ฟอร์มัลดีไฮด์เฟอร์ฟูรัลหรือส่วนผสมของอัลดีไฮด์หลายชนิด โครงสร้างทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ของเรซินฟีนอลิก&# 39 และโครงสร้างเครือข่ายแบบเชื่อมโยงข้ามโมเลกุลช่วยให้มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมเช่นการยึดเกาะที่ยอดเยี่ยมทนความร้อนได้ดีเยี่ยมความต้านทานการระเหยที่เป็นเอกลักษณ์และการหน่วงไฟที่ดี ดังนั้นฟีนอลิกเรซินจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในพลาสติกเสริมใยแก้ววัสดุขึ้นรูปกาววัสดุฉนวนกันความร้อนและไฟฟ้าสารเคลือบ ฯลฯ

เรซินฟีนอลิกสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ เรซินฟีนอลิกเทอร์โมเซตติงและเรซินฟีนอลิกโนโวแลคตามโครงสร้างและรูปร่างความร้อน เทอร์โมเซตติงฟีนอลิกเรซินผลิตโดยใช้อัลคาไลเช่นโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์โซเดียมไฮดรอกไซด์แบเรียมไฮดรอกไซด์หรือแคลเซียมไฮดรอกไซด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโดยมีอัตราส่วนโมลาร์ของฟอร์มาลดีไฮด์ / ฟีนอล> 1 ควบคุม pH> 7 และทำปฏิกิริยาสำหรับ a ช่วงเวลาที่อุณหภูมิหนึ่ง เรซินที่ประกอบด้วยกลุ่มเมธิลอลที่สามารถทำปฏิกิริยาต่อไปได้ เรซินฟีนอลิกเทอร์โมพลาสติกมักเรียกว่าเรซินโนโวแลคหรือโนโวแลค เป็นเรซินฟีนอลิกที่เกิดจากปฏิกิริยาของฟอร์มาลดีไฮด์ (F) และฟีนอลส่วนเกิน (P) ภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรดเช่นกรดออกซาลิกกรดไฮโดรคลอริกกรดซัลฟิวริกและกรดฟอร์มิกซึ่งโมล Ratio (F / P)=0.6-0.9) ไม่ว่าจะเป็นเรซินเทอร์โมเซตติงหรือเทอร์โมเซตติงเรซินโครงสร้างสุดท้ายที่ผ่านการบ่มจะเหมือนกันซึ่งเป็นโครงสร้างเครือข่ายสามมิติ คาร์บอนที่เหลือที่ได้จากการอัดคาร์บอนเรซินที่อุณหภูมิสูงเป็นโครงสร้างสำคัญที่สนับสนุนการทำงานของวัสดุทนไฟและทำให้อายุการใช้งานยาวนานขึ้น

2 การใช้เรซินฟีนอลิกในวัสดุทนไฟรูปคาร์บอนคอมโพสิต

ในปัจจุบันเนื่องจากการพัฒนาอุตสาหกรรมการถลุงโลหะโดยเฉพาะอุตสาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้าทำให้ความต้องการวัสดุทนไฟเพิ่มขึ้นอย่างมากส่งผลให้การใช้เรซินฟีนอลิกในอุตสาหกรรมวัสดุทนไฟเพิ่มขึ้น วัสดุทนไฟถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมหลอมโลหะอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์และอุตสาหกรรมเซรามิก สารยึดเกาะเป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้ในการผลิตวัสดุทนไฟและมีบทบาทในการจับอนุภาคและผงทนไฟเข้าด้วยกัน ยิ่งไปกว่านั้นในการผลิตวัสดุทนไฟผู้คนตระหนักดีว่าคุณภาพและความเสถียรของเรซินฟีนอลิกเป็นปัจจัยหลักอย่างหนึ่งที่มีผลต่อประสิทธิภาพของวัสดุทนไฟที่มีคาร์บอนและความสำคัญของเรซินฟีนอลิกมีความโดดเด่นมากขึ้นเรื่อย ๆ

2.1 การใช้งานในอิฐคาร์บอนแมกนีเซีย

อิฐแมกนีเซีย - คาร์บอนเป็นวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนที่มีอุณหภูมิสูงซึ่งเผาด้วยแมกนีเซียกราไฟท์และสารยึดเกาะ มีอายุการใช้งานค่อนข้างนานและอายุเตาสามารถเข้าถึงเตาเผาได้มากกว่า 1,600 เตา ดังนั้นจึงมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อิฐคาร์บอนแมกนีเซียถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมโลหะผสมเหล็กและเหล็กกล้าส่วนใหญ่เนื่องจากคุณสมบัติที่ดี แต่คุณสมบัติของฟีนอลิกเรซินสารยึดเกาะอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของอิฐคาร์บอนแมกนีเซีย เรซินฟีนอลิกที่ใช้สำหรับอิฐคาร์บอนแมกนีเซียควรมีลักษณะของของแข็งสูงน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ต่ำอัตราคาร์บอนตกค้างสูงและปริมาณน้ำต่ำ

จากการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติต่างๆของเรซินกับอัตราส่วนวัตถุดิบและกระบวนการสังเคราะห์สรุปได้ว่าอัตราส่วนวัตถุดิบที่ดีที่สุดของเรซินฟีนอลิกสำหรับการสังเคราะห์อิฐคาร์บอนแมกนีเซียคือ m (F) / m (P)=1.0 ~ 1.3; ตัวเร่งปฏิกิริยาคือ w (NaOH)=สารละลาย NaOH 50% ปริมาณที่เพิ่มคือ 1% ~ 1.5% ของมวลฟีนอล กระบวนการสังเคราะห์ที่ดีที่สุดคือปฏิกิริยาแรกที่ 60 ~ 70 ℃เป็นเวลา 1 ชม. จากนั้นให้ความร้อนสูงถึง 80 ~ 90 ℃เป็นเวลา 1 ~ 2 ชม. เรซินฟีนอลิกที่สังเคราะห์ขึ้นภายใต้อัตราส่วนวัตถุดิบและสภาวะของกระบวนการที่ดีที่สุดมีน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ 300 ~ 400 ความหนืด 15 ~ 20Pa · s ปริมาณของแข็ง 77.0% ~ 82.0% (w) และอัตราคาร์บอนคงเหลือ 43.0% ~ 49.0% (w) ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพของเรซินฟีนอลิกสำหรับอิฐคาร์บอนแมกนีเซีย

เนื่องจากประสิทธิภาพของอิฐคาร์บอนแมกนีเซียขึ้นอยู่กับโครงสร้างคาร์บอนที่เกิดจากระบบพันธะเป็นส่วนใหญ่การไพโรไลซิสเรซินฟีนอลิกจึงก่อให้เกิดโครงสร้างคาร์บอนแก้วที่เป็นเนื้อเดียวกันเปราะที่ไม่เป็นระเบียบซึ่งมีความไวต่อการเกิดออกซิเดชันและความเครียดมากดังนั้นอิฐคาร์บอนแมกนีเซียมเรซินจึงเป็น มักใช้ร่วมกับสารยึดเกาะอื่น ๆ เช่นยางมะตอยเพื่อปรับปรุงความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและคุณสมบัติเชิงกล

2.2 การใช้งานในอิฐคาร์บอนอลูมิเนียม

อิฐอลูมิเนียมคาร์บอนทำจากกราไฟต์และคอรันดัมเป็นวัตถุดิบและมีการเติมสารยึดเกาะและสารเติมแต่งจำนวนหนึ่งลงในเครื่องผสมและกด เนื่องจาก Al2O3 และ C ไม่ผ่านปฏิกิริยาเฟสของแข็งที่อุณหภูมิการยิงของผลิตภัณฑ์ความแข็งแรงในการยึดติดของอิฐอลูมิเนียมคาร์บอนส่วนใหญ่มาจากสารเติมแต่งและสารยึดเกาะ เรซินฟีนอลิกใช้กันอย่างแพร่หลายในอิฐคาร์บอนอลูมิเนียมเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม ในปัจจุบันวัสดุทนไฟประเภทอะลูมิเนียม - คาร์บอนนิยมใช้เรซินฟีนอลิกเป็นตัวเชื่อม หลักการพันธะส่วนใหญ่คือการปรับปรุงแรงยึดเหนี่ยวระหว่างตัวแทนพันธะและวัสดุโดยการเชื่อมข้ามส่วนโมเลกุลของเรซินฟีนอลิกระหว่างกระบวนการบ่มเพื่อสร้างโครงสร้างเครือข่าย

3 การประยุกต์ใช้เรซินฟีนอลิกในวัสดุทนไฟที่ไม่มีรูปร่าง

เรซินฟีนอลิกส่วนใหญ่ใช้เป็นสารยึดเกาะในผลิตภัณฑ์ทนไฟที่มีรูปคาร์บอน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการขยายขอบเขตการใช้งานอย่างต่อเนื่องและถูกใช้เป็นสารยึดเกาะในวัสดุทนไฟที่ไม่มีรูปร่าง

3.1 การใช้งานในโคลนเตาหลอมปราศจากน้ำ

เมื่อเทียบกับวัสดุทนไฟที่ไม่มีรูปทรงอื่น ๆ เรซินฟีนอลิกเป็นสารที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในดินปืน โคลนปืนในยุคแรกถูกใช้เป็นสารยึดเกาะโดยส่วนใหญ่ใช้น้ำมันดินและพิทช์ แต่ในกระบวนการใช้งานสนามน้ำมันดินจะก่อให้เกิดสารก่อมะเร็งและควันดำซึ่งก่อให้เกิดอันตรายอย่างมากต่อสิ่งแวดล้อมและยังยากที่จะเผาและแข็งตัวช้า . ในฐานะที่เป็นสารยึดเกาะสำหรับโคลนปืนที่ปราศจากน้ำเรซินฟีนอลิกไม่เพียง แต่หลีกเลี่ยงปัญหามลพิษที่เกิดจากน้ำมันดินเป็นสารยึดเกาะเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนความสามารถในการเผาไหม้และความต้านทานการสึกหรอของโคลนปืน

3.2 การใช้งานในวัสดุแห้ง

มีการใช้วัสดุทุนแห้งมากขึ้นเรื่อย ๆ สารยึดเกาะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในงานแห้งที่บ้านและต่างประเทศคือเรซินฟีนอลิกซึ่งมีคุณสมบัติในการก่อสร้างและการใช้งานที่ดี อย่างไรก็ตามฟีนอลิกเรซินมีข้อเสียในการเพิ่มคาร์บอนและการเติมไฮโดรเจนของเหล็กหลอมเหลวต้นทุนสูงและความแข็งแรงต่ำที่อุณหภูมิปานกลางและสูงซึ่งทำให้การใช้ฟีนอลิกเรซินในวัสดุแห้งที่แห้งแล้งในระดับหนึ่งเป็นอุปสรรคอย่างมาก

โดยทั่วไปบทความนี้จะวิเคราะห์การใช้เรซินฟีนอลิกในวัสดุทนไฟประเภทต่างๆเช่นอิฐคาร์บอนแมกนีเซียอิฐคาร์บอนอลูมิเนียมวัสดุแห้งที่แห้งแล้งและโคลนปืนไร้น้ำในเตาหลอม ในฐานะที่เป็นเรซินสังเคราะห์ที่เก่าแก่ที่สุดเรซินฟีนอลิกมีข้อดีของการเทอร์โมเซตติงความแข็งแรงแห้งสูงและความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงและใช้กันอย่างแพร่หลาย ใช้เป็นสารยึดเกาะที่ดีกว่าในด้านวัสดุทนไฟในการเตรียมวัสดุทนไฟคาร์บอนคอมโพสิต อย่างไรก็ตามฟีนอลิกเรซินมีข้อบกพร่องที่สำคัญสองประการคือต้นทุนสูงและถ่านไพโรไลซิสคือถ่านแก้วซึ่งมีผลต่อการใช้งานในวัสดุทนไฟในระดับหนึ่ง