Спосіб одержання карбамідоформальдегідної смоли для виробництва пінопласту

1 Спосіб одержання карбамідоформальдепдної смоли шляхом конденсації карбаміду і формальдегіду в декілька стадій у середовищі з перемінною кислотністю при нагріванні і введенні добавки, що модифікує, який відрізняється тим, що для конденсації з карбамідом використовують карбамідоформальдепдний концентрат при початковому мольному співвідношенні формальдегіду до карбаміду 2,2-2,01 у присутності демшералізованої води, як регулятора в'язкості І ВОДНОГО розчину ПОЛІВІНІЛОВОГО спирту модифікатора, реакційну суміш нагрівають до 90+2°С при рН 7,5-8,5, витримують 20 хвилин, знижують температуру до 82-85°С і при рН 4,5-5,0 витримують реакційну масу протягом 20-50 хвилин, потім нейтралізують до рН 7,5-8,0 уводять додаткову КІЛЬКІСТЬ карбаміду до мольного співвідношення карбаміду і формальдегіду 1 1,5 і витримують 60 хвилин при 65-70°С 2 Спосіб по п 1 , який відрізняється тим, що водний розчин ПОЛІВІНІЛОВОГО спирту додатково містить карбамід, у КІЛЬКОСТІ, при якій кінцеве мольне співвідношення карбаміду і формальдегіду в готовій смолі складає 1 1,4 Винахід відноситься до способів одержання карбамідоформальдепдних смол, що використовуються для виготовлення пінопласту В даний час гострою залишається проблема створення ресурсота енергозберігаючих технологій, зокрема застосування теплоізоляційних матеріалів для теплоізоляції будинків, обладнання, холодильних камер і ш Одним з перших газонаповнених пластмас, що знайшли широке застосування для теплоізоляції були пшопласти на основі карбамідоформальдепдних олігомерів (КФО) КФО є найбільш економічним вихідним матеріалом для виробництва пшоматеріалів Поряд з позитивними властивостями карбамідні пшопласти мають ряд недоліків, таких як, незначна механічна МІЦНІСТЬ, крихкість і усадка при ствердженні і сушці Одержання карбамідоформальдепдних олігомерів (смол) за традиційною технологією сполучено зі значними енерговитратами на проведення концентрування реакційної маси, а також великим обсягом формальдепдовмістких надсмольних вод, і отримані на їхній основі пшоматеріали не повною мірою задовольняють зростаючим вимогам до емісії формальдегіду Відомий спосіб одержання карбамідоформальдепдної смоли для виготовлення карбамід ного пінопласту, шляхом спільної конденсації карбаміду з формальдегідом у присутності гліцерину, при нагріванні до температури кипіння отриманого розчину в середовищі з перемінною кислотністю і кінцевим мольним співвідношенням формальдегід карбамід-1,7-1,8 1 [1 А Ф Миколаїв Синтетичні полімери і пластичні маси на їхній основі ХІМІЯ М 1996 78с 3 391-392] Недоліками даного способу є значний зміст вільного формальдегіду в смолі і недостатня механічна МІЦНІСТЬ ГОТОВОГО пінопласту Найбільш близьким за технічною сутністю та досягаємим ефектом є спосіб одержання карбамідоформальдепдної смоли шляхом конденсації карбаміду з формальдегідом, водний розчин якого попередньо нейтралізують аміачною водою, у середовищі з перемінною кислотністю при нагріванні до температури 60-95°С, вакуум ю СО О о (О сушка, уведення добавки, що модифікує, у виді водного розчину пдроксилвмісткого полімеру в КІЛЬКОСТІ 0,6-2,5 мас частин на 100 частин карбаміду, доконденсацію з додатковою КІЛЬКІСТЮ карбаміду до кінцевого мольного співвідношення карбамід формальдегід 1 1,2 - 1,6 [2 Патент № 2115666, Росія, Заявка 96124470/04 , кл 308G 12/40, 308J 9/06, заявлене 27 12 96, опубліковано 27 1 99 - прототип ] Недоліком зазначеного способу є його багатостадійність і тривалість, що знижує продуктивність технологічного обладнання, значні витрати пари та електроенергії на стадії синтезу і вакуум-сушки смоли В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу одержання карбамідоформальдепдної смоли шляхом зменшення багатостадійності і зниження енергоємності процесу, з одночасним поліпшенням технічних характеристик готового продукту Поставлена задача досягається тим, що для проведення конденсації карбаміду з формальдегідом у середовищі з перемінною кислотністю при нагріванні, згідно з винаходом, у якості основного сировинного компонента використовують карбамідоформальдепдний концентрат (КФК), процес одержання смоли здійснюють в присутності регулятора в'язкості І добавки, що модифікує Сутністю пропонованого рішення є синтез карбамідоформальдепдної смоли шляхом конденсації КФК із першою порцією карбаміду в присутності регулятора в'язкості демшералізованої води, а також модифікуючої добавки у виді водного розчину ПОЛІВІНІЛОВОГО спирту при рН=7,5-8,5, протягом 20 хвилин при температурі 90+2°С Початкове мольне співвідношення карбаміду до формальдегіду при цьому складає 1 2,2-2,0 ВІДПОВІДНО ПОТІМ суміш охолоджують до 82-85°С, уведенням 20%-вого розчину хлористого амонію доводять рН до 4,5-5,0 і витримують 20-50 хвилин до початку коагуляції смоли Далі - нейтралізація реакційної маси до рН=7,5-8,0 з одночасним охолодженням до 70°С, при досягненні даної температури і рН додають другу порцію карбаміду, проводять стадію доконденсацм при 65-70°С протягом 60 хвилин Використання у якості вихідної сировини КФК (по ТУ В 6-05761614 005-96), у який міститься (% мас) 54-60 "загального" формальдегіду, 20-24 "загального" карбаміду, інше - вода, замість 37% вого формаліну, дозволяє виключити стадію вакуум-сушки і таким чином зменшити тривалість усього процесу одержання смоли При цьому також виключається утворення надсмольних вод, що вигідно за екологічними і економічними причинами Використання у якості модифікуючої добавки водяного розчину ПОЛІВІНІЛОВОГО спирту дозволяє одержувати пінопласт із поліпшеними фізико-механічними властивостями і відсутністю розтріскування Пропонований спосіб ілюструється наступними прикладами КФК, що застосовується, містить 56,7% формальдегіду та 22,8% карбаміду 60035 Для регулювання в'язкості реакційної маси використовують демшералізовану воду Приклад 1 3 У реактор V = 0 , 2 M завантажують 106кг КФК і 16,5кг демшералізованої води, установлюють рН=7,5-8,5 за допомогою 10%-вого розчину NaOH Після ЦЬОГО ВВОДЯТЬ першу порцію карбаміду в КІЛЬКОСТІ 33,1кг, при працюючій мішалці суміш нагрівають до температури 90 ± 2°С При досягненні температури 40 -50°С в реактор завантажують модифікуючу добавку ПОЛІВІНІЛОВИЙ спирт у КІЛЬКОСТІ 0,8кг чи одну масову частину на 100 масових частин карбаміду у виді водяного розчину Для готування даного розчину використовують демшералізовану воду в такій же КІЛЬКОСТІ, що і воду для регулятора в'язкості (16,5КГ) При температурі 90°С проводять витримку протягом 20 хвилин По завершенні витримки в лужному середовищі реакційну масу охолоджують до 82-85°С и вводять 0,5дм 20%вого розчину ІЧЬЦСІ, рН при цьому встановлюється на рівні 4,9 Поліконденсацію ведуть до зміщуваності смоли з холодною водою (t=12-15°C) у співвідношенні 1 8-10 ВІДПОВІДНО Тривалість цієї стадії 20-50 хвилин у залежності від температури і встановленого рівня рН Після того як зміщуваність смоли з водою досягне потрібної межі, вміст реактора нейтралізують розчином NaOH до рН 7,5-8,0 у КІЛЬКОСТІ 0,4ДМ 3 І охолоджують реакційну масу до 70-75°С Завантажують другу порцію карбаміду масою 23кг і ведуть стадію доконденсацм протягом однієї години при температурі 65 - 70°С Кінцеве мольне співвідношення карбамід формальдегід 11,5 ВІДПОВІДНО Готову смолу охолоджують до 25-30°С і зливають у бочки Приклад 2 Умови конденсації за прикладом 1 КІЛЬКІСТЬ першої порції карбаміду 30,6кг, другої - 25,5 КІЛЬКІСТЬ модифікуючої добавки, 1,6кг чи 2 масові частини на 100 масових частин карбаміду Приклад З Умови конденсації за прикладом 1 КІЛЬКІСТЬ першої порції карбаміду 36кг, другої - 20 КІЛЬКІСТЬ модифікуючої добавки 2,4кг чи 3 масові частини на 100 масових частин карбаміду Приклад 4 Процес ведеться за прикладом 1 КІЛЬКІСТЬ першої порції карбаміду 33,1кг, другої - 23 КІЛЬКІСТЬ модифікуючої добавки складає 0,8кг, причому розчинення ПОЛІВІНІЛОВОГО спирту проводять в присутності 5,7кг карбаміду, кінцеве мольне співвідношення карбамід формальдегід при цьому дорівнює 11,4 ВІДПОВІДНО Порівняльна характеристика властивостей смол, отриманих по пропонованому і відомому способах представлені в таблиці Таким чином, спосіб одержання карбамідоформальдепдної смоли, який пропонується, дозволяє зменшити багатостадійність процесу, знизити енергоємність, з одночасним поліпшенням технічних характеристик готового продукту, уникнути створення стічних вод 60035 Таблиця Характеристика смол Найменування показників Масова частка сухого залишку % мас Зміст ВІЛЬНОГО формальдегіду, % мас, В'язкість ВЗ-4 (при 20°С), сек Концентрація водневих ІОНІВ, рН Час желатинізації при 100°С, сек Комп'ютерна верстка В Рябиця Прототип 56 0,25 20 7,6 57 1 63 0,19 31 7,7 62 Приклади 2 62 0,20 35 7,8 59 3 62 0,17 33 7,7 60 Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна 4 63 0,11 32 7,6 64