酚醛樹脂作為耐火材料的重要結(jié)合劑，與瀝青相比酚醛樹脂對耐火材料和石墨有良好的潤濕性能，殘?zhí)悸矢?，粘結(jié)性好，能在常溫下混合成型，成型的坯體強(qiáng)度高，有害物質(zhì)含量少，可改善作業(yè)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛作為含碳耐火材料的結(jié)合劑。本文從酚醛樹脂入手，對酚醛樹脂在鎂碳磚、鋁碳磚等碳復(fù)合定形耐火材料以及在中間包干式料、高爐無水炮泥等不定形耐火材料中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討。

耐火材料用酚醛樹脂的研究主要集中在樹脂的改性方面。其中利用催化反應(yīng)改善樹脂殘?zhí)康慕Y(jié)構(gòu)與性能是今后研究的一大趨勢。結(jié)合劑是耐火材料中不可缺少的組分，它起到將耐火性物質(zhì)顆粒料及粉料膠結(jié)在一起的作用。合成新型的網(wǎng)絡(luò)互穿的高性能酚醛樹脂是今后研究的另一趨勢，這種方法主要是著力于改變樹脂本身的結(jié)構(gòu)，使其在固化后具有比普通酚醛樹脂更為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以提高材料的低溫烘烤強(qiáng)度和中溫強(qiáng)度，同時(shí)可以減少苯酚的用量，降低酚醛樹脂的成本。

1酚醛樹脂

酚醛樹脂(Phenolicresins)是一種以酚類化合物與醛類化合物經(jīng)縮聚而制得的一大類合成樹脂。所用的醛類化合物主要是甲醛，常用的還有其他的醛類如乙醛、甲醛、糠醛或幾種醛類的混合物。酚醛樹脂特有的化學(xué)結(jié)構(gòu)和大分子交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)賦予了它卓越的粘附性、優(yōu)良的耐熱性、獨(dú)特的抗燒蝕性和良好的阻燃性等優(yōu)異的性能。因此，酚醛樹脂廣泛用于玻璃鋼、模壓料、粘合劑、隔熱和電絕緣材料、涂料等。

酚醛樹脂按照結(jié)構(gòu)形態(tài)以及加熱形狀，能夠分為熱固性酚醛樹脂以及熱塑性酚醛樹脂兩種類型。熱固性酚醛樹脂是以堿，如氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋇或氫氧化鈣等為催化劑，摩爾比甲醛/苯酚>1，控制pH>7，在一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間，生成的一種含有可進(jìn)一步反應(yīng)的羥甲基活性基團(tuán)的樹脂。熱塑性酚醛樹脂通常被稱作酚醛清漆或線性酚醛樹脂，是甲醛(F)以及過量的苯酚(P)，在酸性催化劑，如草酸、鹽酸、硫酸以及甲酸等作用下反應(yīng)生成的酚醛樹脂，其中摩爾比(F/P)=0.6-0.9)。不管是熱固性樹脂，還是熱塑性樹脂，最后固化得到的結(jié)構(gòu)都是一樣的，為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。高溫下樹脂碳化得到的殘?zhí)际侵文突鸩牧瞎ぷ?，保證其壽命的重要結(jié)構(gòu)。

2酚醛樹脂在碳復(fù)合定形耐火材料中的應(yīng)用

目前，由于金屬冶煉工業(yè)特別是鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，耐火材料的需求大大增大，導(dǎo)致耐火材料行業(yè)對酚醛樹脂的應(yīng)用量逐年增加。耐火材料廣泛用金屬冶煉工業(yè)，水泥工業(yè)、陶瓷工業(yè)，結(jié)合劑是生產(chǎn)耐火材料不可缺少的組分，起到將耐火性顆粒與粉料膠結(jié)到一起的作用。而且在耐火材料的生產(chǎn)實(shí)踐中，人們認(rèn)識到酚醛樹脂的品質(zhì)和穩(wěn)定性是影響含碳耐火材料性能的主要因素之一，酚醛樹脂的重要性越來越突顯。

2.1在鎂碳磚中的應(yīng)用

鎂碳磚是用電熔鎂砂、石墨與結(jié)合劑共同燒制的碳絡(luò)合物高溫復(fù)合材料，具有較高的使用壽命，爐齡可達(dá)1600爐以上，因而近年來得到長足的發(fā)展。鎂碳磚被廣泛應(yīng)用于鋼鐵冶金行業(yè)，主要是因?yàn)樗辛己玫男阅埽墙Y(jié)合劑酚醛樹脂的性能能夠?qū)︽V碳磚的使用性能起到影響。鎂碳磚用酚醛樹脂應(yīng)具有固含量高、相對分子質(zhì)量小、殘?zhí)悸矢咭约昂康偷忍攸c(diǎn)。

通過研究樹脂各項(xiàng)性能與其原料配比及合成工藝之間的關(guān)系得出：合成鎂碳磚用酚醛樹脂的最佳原料配比m(F)/m(P)=1.0~1.3;催化劑為w(NaOH)=50%的NaOH溶液，其加入量為苯酚質(zhì)量的1%~1.5%;最佳合成工藝是：首先在60~70℃下反應(yīng)1h，然后升溫到80~90℃反應(yīng)1~2h。在最佳原料配比及工藝條件下合成的酚醛樹脂，其相對分子量為300~400，黏度為15~20Pa·s，固含量為77.0%~82.0%(w)，殘?zhí)悸蕿?3.0%~49.0%(w)，可滿足鎂碳磚用酚醛樹脂的性能要求。

由于鎂碳磚的性能在很大程度上取決于結(jié)合系統(tǒng)所形成的炭結(jié)構(gòu)，而酚醛樹脂熱解形成無序的脆性均質(zhì)玻璃炭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對氧化和應(yīng)力非常敏感，因此鎂碳磚多采用樹脂與其他結(jié)合劑如瀝青復(fù)合結(jié)合，以提高抗氧化性與力學(xué)性能。

2.2在鋁碳磚中的應(yīng)用

鋁碳磚是采用的原料是石墨以及剛玉，加入一定量的結(jié)合劑與添加物混合機(jī)壓而成的。由于Al2O3和C在制品的燒成溫度下不會發(fā)生固相反應(yīng)，所以鋁碳磚的結(jié)合強(qiáng)度主要來源于添加物以及結(jié)合劑。酚醛樹脂由于其優(yōu)異的性能而被廣泛用于鋁碳磚中。目前鋁碳耐火材料廣泛使用酚醛樹脂作結(jié)合劑，其結(jié)合原理主要是通過固化過程中酚醛樹脂分子鏈段發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來提高結(jié)合劑與材料之間的結(jié)合力。

3酚醛樹脂在不定形耐火材料中的應(yīng)用

酚醛樹脂作為結(jié)合劑主要在含碳定形耐火制品中使用。近些年來其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，已在不定形耐火材料中作為結(jié)合劑使用。

3.1在高爐無水炮泥中的應(yīng)用

相對于其他不定形耐火材料，酚醛樹脂在炮泥中的應(yīng)用最為廣泛。早期的炮泥作為結(jié)合劑，主要是采用的就是焦油以及瀝青，但在使用過程中，焦油瀝青會產(chǎn)生致癌物質(zhì)和黑煙，對環(huán)境產(chǎn)生了很大的危害，而且還難于燒結(jié)以及硬化速度慢。作為無水炮泥的結(jié)合劑，酚醛樹脂不僅避免了焦油作結(jié)合劑產(chǎn)生的污染問題，同時(shí)對炮泥的耐蝕性、燒結(jié)性以及耐磨性起到了改善。

3.2在中間包干式料中的應(yīng)用

中間包干式料的應(yīng)用越來越多，國內(nèi)外中間包干式工作中使用最為廣泛的結(jié)合劑就是酚醛樹脂，其有著良好的施工性能以及使用性能。但由于酚醛樹脂具有使鋼水增碳以及增氫，成本高與中高溫強(qiáng)度低，這些的缺點(diǎn)，這就使得在一定程度上酚醛樹脂在中間包干式料中的應(yīng)用收到了很大的阻礙。

總的來說，本文分析了酚醛樹脂在鎂碳磚、鋁碳磚、中間包干式料、高爐無水炮泥等不同類耐火材料中的應(yīng)用。酚醛樹脂作為最早的一種合成樹脂，具有熱硬性、干燥強(qiáng)度大、高溫強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，在耐火材料領(lǐng)域被作為較好的結(jié)合劑應(yīng)用于碳復(fù)合耐火材料的制備。但酚醛樹脂存在成本高和其熱解炭為玻璃炭兩大缺點(diǎn)，在一定程度上影響了其在耐火材料中的應(yīng)用。