【アブストラクト】フェノール樹脂は耐火材料の重要なバインダーです。アスファルトと比較して、フェノール樹脂は耐火材料や黒鉛に対する良好な湿潤特性を有し、残留炭素率が高く、接着性が良好で、室温で混合・成形することができる。緑色のボディは、高強度、有害物質の含有量が少なく、作業環境を改善できる利点があります。炭素含有耐火物のバインダーとして広く用いられている。この記事はフェノール樹脂から始まり、マグネシアカーボンレンガ、アルミニウムカーボンレンガ、その他の炭素複合形耐火物、タンディッシュ乾燥材料、高炉無水性銃泥、その他の非晶質難治性物質におけるフェノール樹脂の用途を分析し、議論します。
耐火物に用いられるフェノール樹脂の研究は、主に樹脂の改質に焦点を当てています。中でも、樹脂残留炭素の構造や性能を向上させるための触媒反応の利用は、今後の研究において大きな傾向である。バインダーは耐火材料に欠かせない成分であり、耐火材料粒子と粉末を一緒にセメント化する役割を果たしています。高性能フェノール樹脂をインターパネティングする新しいタイプのネットワークの合成は、今後の研究におけるもう一つの傾向です。この方法は、硬化後の通常のフェノール樹脂よりも複雑なネットワーク構造を有するように、樹脂自体の構造を変更することに主に焦点を当てています。材料の低温焼成強度と中温強度を向上させ、フェノールの量を減らし、フェノール樹脂のコストを削減します。
1フェノール樹脂
フェノール樹脂(フェノール樹脂)は、フェノール系化合物およびアルデヒド化合物の重縮合により調製される合成樹脂の大きなクラスです。使用されるアルデヒド化合物としては、主にホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、フルフラール、または複数のアルデヒドの混合物などのアルデヒドが一般的に使用されている。フェノール樹脂独自の化学構造と高分子架橋ネットワーク構造は、優れた接着性、耐熱性に優れ、独特な耐え難さ、難燃性などの優れた特性を与えます。そのため、ガラス繊維強化プラスチック、成形材、接着剤、熱・電気絶縁材、塗料などに広く使用されています。
フェノール樹脂は、熱硬化性フェノール樹脂とノボラックフェノール樹脂の構造と加熱形状の2種類に分けられます。熱硬化性フェノール樹脂は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリを触媒として用い、ホルムアルデヒド/フェノール>1モル比で、pH>7を制御し、一定温度で一定期間反応させることにより製造される。反応性メチロール基を含有する樹脂であり、さらに反応することができる。熱可塑性フェノール樹脂は、通常、ノボラックまたはノボラック樹脂と呼ばれます。それは、シュウ酸、塩酸、硫酸およびギ酸などの酸性触媒の作用下でホルムアルデヒド(F)と過剰フェノール(P)の反応によって生成されるフェノール樹脂であり、その中でもモル比(F/P)=0.6-0.9である。熱硬化性樹脂か熱可塑性樹脂かにかかわらず、最終硬化構造は同じで、三次元ネットワーク構造である。高温での樹脂炭化から得られる残留炭素は、耐火物の働きを支え、その寿命を保証する重要な構造です。
2炭素複合形耐火物中のフェノール樹脂の応用
現在、金属製錬業界、特に鉄鋼業の発展により、耐火材料の需要が大幅に増加し、耐火産業におけるフェノール樹脂の適用が増加しています。耐火材料は、金属製錬業界、セメント工業、セラミック産業で幅広く使用されています。バインダーは耐火材料の製造に欠かせない成分であり、耐火性粒子と粉末を結合する役割を果たしています。また、耐火性材料の製造では、炭素含有耐火物の性能に影響を与える主な要因の一つであるフェノール樹脂の品質と安定性が高まり、フェノール樹脂の重要性がますます顕著になっています。
2.1 マグネシアカーボンレンガでの適用
マグネシアカーボンレンガは、融合マグネシア、グラファイト、バインダーで焼成された高温炭素複合材料です。それは比較的長い耐用年数を有し、炉の時代は1600以上の炉に達することができる。そのため、近年急速な発展を遂げている。マグネシアカーボンレンガは、主に良好な特性のために鉄鋼冶金産業で広く使用されていますが、バインダーフェノール樹脂の特性はマグネシア炭素レンガの性能に影響を与える可能性があります。マグネシアカーボンレンガに使用されるフェノール樹脂は、高い固体含有量、低相対分子量、高い残留炭素率および低含水率の特性を有する必要があります。
樹脂の様々な特性とその原料比と合成プロセスとの関係を調べ、マグネシア炭素レンガの合成に最適なフェノール樹脂の原料比はm(F)/m(P)=1.0〜1.3であると結論づけられる。触媒はw(NaOH)=50%NaOH溶液であり、添加量はフェノールの質量の1%〜1.5%である。最良の合成プロセスは:最初に1hのために60〜70°Cで反応し、その後1〜2hのために80〜90°Cまで加熱します。最良の原料比およびプロセス条件下で合成されたフェノール樹脂は、相対分子量300〜400、粘度15〜20Pa·s、77.0%〜82.0%(w)の固体含有量、および炭素樹脂のフェノールの性能要件を満たすことができる43.0%〜49.0%(w)の残留炭素率を有する。
マグネシア炭素レンガの性能は、ボンディングシステムによって形成される炭素構造に大きく依存するため、フェノール樹脂熱分解は、酸化および応力に非常に敏感な、無秩序な脆性均質なガラス炭素構造を形成するので、マグネシア炭素レンガ樹脂は、多くの場合、酸化抵抗性および機械的特性を向上させるためにアスファルトなどの他のバインダーと組み合わされます。
2.2 アルミニウムカーボンレンガでのアプリケーション
アルミニウム-カーボンレンガは、原料としてグラファイトとコルダムで作られており、一定量のバインダーと添加剤をミキサーに加え、押します。Al2O3とCは製品の焼成温度で固相反応を起さないため、アルミニウム-カーボンレンガの結合強度は主に添加剤やバインダーから得られます。フェノール樹脂は、その優れた特性のためにアルミニウムカーボンレンガに広く使用されています。現在、アルミニウム-カーボン耐火剤は、結合剤としてフェノール樹脂を広く使用している。この結合原理は、主に硬化過程でフェノール樹脂分子セグメントを架橋することにより、接合剤と材料との結合力を向上させ、ネットワーク構造を形成する。
3未形状耐火物におけるフェノール樹脂の応用
フェノール樹脂は、主に炭素含有型耐火物の結合剤として使用されています。近年、その応用分野は継続的に拡大され、未形状の耐火物のバインダーとして使用されています。
3.1 無水高炉泥への応用
他の形のない耐火物と比較して、フェノール樹脂は、最も広く銃粘土で使用されています。初期の銃泥は主にタールとピッチを使用してバインダーとして使用されていましたが、使用過程ではタールピッチが発がん性物質や黒煙を生成し、環境に大きな害を引き起こし、焼結がちに硬化することも困難でした。.無水ガン泥のバインダーとして、フェノール樹脂は、バインダーとしてのタールによる汚染問題を回避するだけでなく、防食性、焼結性、銃泥の耐摩耗性を向上させます。
3.2 タンディッシュドライ材料への応用
乾燥タンディッシュ材料のますます多くのアプリケーションがあります。国内外のタンディッシュドライワークで最も広く使用されているバインダーは、良好な構造と使用特性を有するフェノール樹脂です。しかし、フェノール樹脂は、溶融鋼の炭素や水素化を増加させるという欠点があり、中・高温での高コスト・低強度化により、タンディッシュ乾燥材料へのフェノール樹脂の適用が大きく阻害される。
一般に、マグネシアカーボンレンガ、アルミニウムカーボンレンガ、タンディッシュ乾燥材料、高炉水無しの銃泥など、異なるタイプの耐火材料におけるフェノール樹脂の適用を分析します。最も初期の合成樹脂として、フェノール樹脂は熱硬化性、高乾性、高い高温強度の利点を有し、広く使用されている。炭素複合耐火物の製造において、耐火材料の分野でより優れたバインダーとして使用されます。しかし、フェノール樹脂には2つの大きな欠点があります:高コストとその熱分解炭はガラス炭であり、ある程度耐火物への適用に影響を与えます。
