Спосіб виготовлення карбамідоформальдегідної смоли

1 Спосіб виготовлення карбамідоформальдепдної смоли, що включає поліконденсацію карбаміду з формальдегідом в підлуженому середовищі, а потім в кислому, з подальшою нейтралізацією кислоти і вакуумсушінням, який відрізняється тим, що для лужної поліконденсації карбаміду з формальдегідом ви користовується рідке натрієве скло М-1,45, а для кислої поліконденсації - 20 % водний розчин сірчанокислого алюмінію 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що в смолу перед введенням отверджувача додають 918 мас % карбаміду до сухого залишку смоли при рН = 8,0-9,0 3 Спосіб за пп 1, 2, який відрізняється тим, що в смолу додають отверджувач клеєвої композиції в КІЛЬКОСТІ від 16 до 27 мас % смоли при такому співвідношенні компонентів, мас % полівшілацетат, 50 % 92-95, щавлева кислота, 10 % 3,0-5,0, хлористий амоній 1,5-2,0, сірчанокислий алюміній 0,5-1,0 Винахід належить до виробництва карбамідоформальдепдних смол, які широко використовуються для склеювання деревини, для виробництва фанери, меблів, деревинностружкових плит, листкових пластиків, пшопластів, лаків та інш виробів Відомий спосіб виробництва клеїльних карбамідоформальдепдних смол, який складається з підготовки сировини, приготування реакційної суміші, конденсації карбаміда з формальдегідом в слаболужному або нейтральному середовищі до утворення метілольних похідних карбаміда при молярному співвідношенні карбаміда і формальдепда 1 1,8 - 2,2, поліконденсація утворених раь ніше сполук у кислому середовищі, збільшення концентрації смоли при сушінні у вакуумі, доконденсація смоли з додатковою порцією карбаміда з доведенням молярного співвідношення карбаміда до формальдепда 1 1,2 -ь 1,6, охолодження, фільтрування і злив смоли в приймальні МІСТКОСТІ ДЛЯ піддуження формаліна і реакційного середовища частіше за все використовують пдроксід натрію (42% водний розчин), для підкислення середовища реакційної суміші найчастіше використовують хлорид амонію [1, 2] Відомий способ виготовлення карбамідоформальдепдної смоли марки М-70 [3], в якому молярне співвідношення карбаміда і формальдепда складає 1 1,97 Для проведення поліконденсації у нейтралізованій їдким натром формалін до показника водневих ІОНІВ рН = 8 вводять 75% потрібного карбаміда, і процес проводять протягом ЗОхв при температурі 80 - 85°С рН розчину зменшується до 6,0 - 6,5 В реакційну масу додають залишок карбаміда, і процес триває ще ЗОхв при тій же температурі По закінченні першої фази поліконденсації у реакційну масу додають 20% розчин хлористого амонію до рН = 4,5 Процес поліконденсації в кислому середовищі ведуть при температурі 80 - 82°С протягом ЗОхв Добавкою їдкого натру доводять середовище до рН = 6 і поліконденсацію ведуть протягом ЗОхв Недоліком відомого способу є значна токсичність деревинних виробів на таких смолах, недостатня ВОДОСТІЙКІСТЬ і МІЦНІСТЬ По закінченню поліконденсації смолу охолоджують до 70°С і при рН = 6,0 - 6,5 проводять вакуумсушку смоли до показника заломлення 1,470 1,474 Вміст сухого залишку смоли близько 70% Режим варіння карбамідоформальдепдної смоли збільшеної життєздатності марки КФ-Ж відрізняється тим, що в нейтралізований формалін завантажується вся порція потрібного карбаміда, і після його розчинення процес ведуть протягом бОхв при температурі 80 - 82°С і рН7,5 - 8,0 [4 прототип] Додатком хлористого амонію зменшу СО сч Ю (О ю 56523 ють рН до 4,8 - 5,0, температуру збільшують до 90 - 92°С, поліконденсацію проводять протягом 60хв Отриману смолу охолоджують до 70°С, рН доводять добавкою їдкого натру до 6,6 - 7,0 і проводять вакуумсушку смоли до показника заломлення, рівному 1,46 - 1,47 Після ЦЬОГО В смолу вводять допоміжну порцію карбаміда 23мас частин на ЮОмас ч основного карбаміда і проводять видержку маси при температурі 60 - 62°С протягом ЗОхв Смолу 2 охолоджують до температури 25 - 30°С, доводять рН = 8,7, фільтрують від сторонніх включень і зливають в приймальні ємкості Недоліком відомого способу виготовлення карбамідоформальдепдних смол є недостатня МІЦНІСТЬ, ВОДОСТІЙКІСТЬ, а також токсичність виробів на цих смолах Так, смола марки М - 70 була знята з виробництва через токсичність виробів В основу винаходу поставлена задача створити спосіб виготовлення карбамідоформальдегідної смоли із збільшеними клеїльними властивостями як для холодного, так і гарячого склеювання виробів із деревини Шляхом додавання нових речовин для створення лужного і кислого середовища реакційної маси, а також модифікуючих речовин забезпечується збільшення МІЦНОСТІ, ВОДОСТІЙКОСТІ виробів на таких смолах і зменшується їх токсичність Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання карбамідоформальдепдних смол з метою збільшення клеїльних властивостей смол гарячого і холодного отвердіння для лужної поліконденсації формальдепда з карбамідом використовується рідке натрієве скло М - 1,45, а для кислої поліконденсації - 20% водний розчин сірчанокислого алюмінію 3 метою зменшення виділення формальдегіду в процесі склеювання і наступній експлуатації деревини смолу після введення затверджувача додають 9 - 18% карбаміду від сухого залишку смоли при рН рівному 8,0 - 9,0 З метою збільшення ступеня глибини отвердіння смоли і тим самим підвищення ВОДОСТІЙКОСТІ І МІЦНОСТІ склеєних виробів в смолу додають складний затверджувач клеєвої композиції в КІЛЬКОСТІ ВІД 16 до 27% від смоли при такому співвідношенні компонентів, мас ч полівшілацетат 50% 92 - 95 щавлева кислота 10% 3 0 - 5,0 хлористий амоній 1,5-2,0 сірчанокислий алюміній 0,5 -1,0 Спосіб виготовлення карбамідоформальдегідної смоли (режим поліконденсації) здійснюється таким чином на ЮОмас ч карбаміда береться 284мас ч 37% формаліна Молярне співвідношення компонентів складає 1 2,1 Формалін попередньо нейтралізують рідким натрієвим склом до рН = 9,3 - 9,6 і розчиняють у формаліні карбамід Реакційну суміш підігрівають до температури 50 - 55°С і за рахунок екзотермічної реакцій поліконденсації маса розігрівається до 90 - 92°С При цій температурі і рН = 9,3 - 9,6 суміші реакцію проводять 90 хв Після лужної поліконденсації карбаміда з формальдегідом смола має такі характеристики рН = 6,8 -7,5, показник заломлення 1,421 -1,423, в'язкість по приладу ВЗ 4 -12сек, вміст вільного формальдегіду - не більше 4,0% Друга стадія поліконденсації реагентів проходить в кислому середовищі Реакційну масу підкислюють 20% водним розчином сірчанокислого алюміній до рН = 3 6 - 4,0, а температуру підвищують до 92°С,при якій процес ведуть протягом ЗОхв Після ЦІЄЇ фази поліконденсації смола має наступні властивості в'язкість по приладу ВЗ - 4 18 - 20сек, змішується з водою по об'єму - 1 4-1 5, показник заломлення К = 1,425 -1,435 На третій стадії поліконденсації рН реакційної маси доводять до 6,0 - 6,5 додаванням рідкого натрієвого скла В смолу вводять додаткову КІЛЬКІСТЬ карбаміда - 14масч на ЮОмас ч основного карбаміда, або 3,5мас ч на ЮОмас ч одержаної смоли Після розчинення карбаміда температура маси знижується до 80 - 85°С і при цій температурі процес конденсації ведуть Юхв Смолу охолоджують до температури 65 - 70°С і проводять вакуумсушку при вакуумі розрідження 600 - 640мм ртутного стовпчика В процесі вакуумсушіння відгоняють до 25 - 30% надсмольних вод від смоли, до досягнення показника заломлення 1,470 1,474 Смолу охолоджують до температури 25 30°С, добавкою рідкого натрієвого скла доводять рН до 7,0 - 8,5 фільтруючи від сторонніх речовин і зливають в прийомну ємкість Для зменшення виділення формальдегіду із смоли в процесі виготовлення виробів із деревини (фанери, гнутоклеєних елементів мебелі, столярних і деревинностружкових плит і інш) в карбамідоформальдепдну смолу перед внесенням затверджувача при рН = 8,0 - 9,0 додають карбамід в КІЛЬКОСТІ 9 - 18% від сухого залишку смоли рН смоли до потрібного показника доводять добавкою розчинного натрієвого скла КІЛЬКІСТЬ ВІЛЬНОГО формальдепда в полімері зменшується до двох разів, див табл 1 Такий клеєвий прошарок є малотоксичним і не являє собою загрози здоровью людини, а вироби на такій смолі відповідають класу токсичності Е -1 (емісія формальдегіду до Юмг/100 г плити) Згідно винаходу, для збільшення ступені глибини отвердіння смоли, а тим самим ВОДОСТІЙКОСТІ І МІЦНОСТІ виробів на її основі, в карбамідоформальдепдну смолу вносять затверджувач в КІЛЬКОСТІ ВІД 16 до 27мас % від смоли при наступному співвідношенні компонентів, мас % полівшілацетат 50% 92 - 95 щавлева кислота 10% 3 0 - 5,0 хлористий амоній 1,5-2,9 сірчанокислий алюміній 0,5 -1,0 Властивості запропонованої карбамідоформальдегідної смоли з підвищеними клеїльними характеристиками як холодного, так і гарячого склеювання деревинних виробів, у порівнянні з прототипом, карбамідоформальдепдною смолою марки КФ -Ж, наведено в табл 2 Фізико - механічні властивості стандартних виробів з деревини склеєних запропонованими карбамідоформальдепдними смолами і затверджувачами, а також деревинностружкових плит і фанери, наведені в табл 3 і 4 Запропонований спосіб виготовлення карбамідоформальдегідної смоли для приготування клеєвих композицій холодного та гарячого отвердіння шляхом використання для підлужування реакцій 56523 ного середовища рідкого натрієвого скла, а для години, тому така композиція по ВОДОСТІЙКОСТІ зріпідкислення - водного розчину сірчанокислого внюється з фенолоформальдепдними і меламіалюмінія, зміни рецептури і режиму поліконденсаноформальдепдними, які є дорожчими і дефіцітції дозволяє одержати смолу з підвищеною адгезіними єю до деревини Для зменшення токсичності смоЛітература ли перед внесенням затверджувача додається 1 Николаев А Ф Синтетические полимеры и карбамід в підлужене середовище смоли, рН = 8,0 пластические массы на их основе М-Л, 1964 с - 9,0 Збільшення МІЦНОСТІ і ВОДОСТІЙКОСТІ склеєних 387-390 смолою виробів одержується за рахунок введення 2 Эльберт А А Химическая технология древ смолу затверджувача на основі полівінілацетата, весностружечных плит М 1984 с 15-19 який містить ще щавлеву кислоту, хлористий амо3 Темкина Р S Синтетические клеи в деревоній і сірчанокислий алюміній обработке М 1971 с 168 МІЦНІСТЬ зразків збільшується на зсув, відрив 4 ДСТУ 14231 Смоли карбамідоформальдедо двох разів, а зразки склеєні гарачим пресуванпдні Технічні умови ням, витримують кип'ятіння у ВОДІ протягом однієї Таблиця 1 Властивості карбамідоформальдепдних смол Найменування показників Карбамідоформальдепдні смоли КФ -Ж (прототип) Однорідна суспензія від білого до світло жовтого відтінка без сторонніх включень 70 + 2 67 ± 2 ВІДПОВІДНО винаходу ЗОВНІШНІЙ ВИГЛЯД Масова частка сухого залишку, % Масова частка вільного форма-льдепда, % не більше Умовна в'язкість при 20ч- 0,5°С, сек з в'язкозиметром ВЗ - 4 Концентрація водневих ІОНІВ, рН Час желатинізації при 100°С з 1% NH4CL, сек Змішування смоли з водою при (20ч- 1)°С по об'єму Межа МІЦНОСТІ при зколюванні по клеєвому шару фанери після витримки зразків у воді при 20-ті°С протягом 24год , МПа Показник заломлення 2,0 0,9 30-60 7,0-8,5 50-70 1 1,5-1 3 30-60 7,5-8,7 40-65 12 2,5-1,8 1,5 1,470-1,474 1,470-1,476 Таблиця 2 Властивості клеєвих композицій на основі карбамідної смоли рН=8,0-9,0 при введенні карбаміду Швидкість затвердіння з 1% NH4CL при 20°С, год При 100°С КІЛЬКІСТЬ карбаміду, введеного в смолу 0 5 8 12 16 18 20 8 18 24 24 24 24 24 Вміст формальдегіду в полімері, % 1,95 1,23 0,83 0,69 0,66 0,62 0,68 45 55 67 70 75 82 90 Таблиця З Властивості склеєних виробів із деревини Витрати за*)№ затверджувана твердо а с смоджувана ли, % Межа МІЦНОСТІ, мПа Втрата рухли- Термін же- Швидкість при зсуві вості лати-нізацм затвердіння Після КИП'ЯТІННЯ компо- композиції, при гаряче холодне у воді, 1 год зиції, год 100°С, сек затв затв гаряче холодне год затв затв Вміст форпри відриві мальпласту дегіду, гаряче мг/ЮОг затв фанери 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 8 12 42 3,90 2,02 0 0 0,35 39 16 20 27 6,5 6,0 5,0 12 10 8 43 45 40 4,43 4,48 4,73 2,65 2,74 2,81 0,70 1,30 1,38 0 0,1 0,15 0,52 0,64 0,70 8,7 to to to 1 1 прототип 56523 1 2 3 4 5 3 16 6,5 12 43 3 20 5,0 8 40 3 27 4,5 7 38 4 16 5 7 40 4 20 4 6 39 4 27 4 5 32 *)Примітка Склад затверджувачів для смоли 1 -Хлористий амоній (прототип) 2 - Полівшілацетат 50% - 95м ч , щавлева кислота 10% - 3,0м ч , Хлористий амоній - 1,5м ч , сірчанокислий алюміній - 0,5м ч 3 - Полівшілацетат 50% - 93м ч , щавлева ки 6 5,32 5,92 6,17 5,87 6,21 6,29 7 3,08 3,38 3,45 3,49 3,62 3,70 8 1,11 1,39 1,43 1,14 1,38 1,47 Продовження таблиці З 9 10 11 0 0,91 0,1 1,38 7,4 0,17 1,34 0,14 1,64 0,15 1,53 6,5 0,17 2,24 слота 10% - 4,5м ч , Хлористий амоній - 1,75м ч , сірчанокислий алюміній - 0,75м ч 4 - Полівшілацетат - 92м ч , щавлева кислота 10% - 5,0м ч , Хлористий амоній -2,0м ч , сірчанокислий алюміній - 1,0м ч Таблиця 4 Фізико-механічні властивості деревинностружкових плит і фанери Показники ЩІЛЬНІСТЬ КГ/М'5 Межа МІЦНОСТІ при згині, МПа Межа МІЦНОСТІ при розтягуванні перпендикулярно пласту плити, МПа Розбухання,% Водопоглинання, % Межа МІЦНОСТІ при сколюванні по клеєвому шару фанери, МПа - в сухому вигляді - після вимокання у воді протягом 24 год Вміст формальдепда, мг/100г плити Деревинностружк плит Запропон Прототип смола КФ-Ж 717 711 20,3 18,8 0,37 0,34 Фанера, 5 сл Запропон Прототип смола КФ-Ж 624 591 89,05 80,1 28,8 71,8 34,43 81,6 6,6 32,1 8,1 37,4 7,9 40,4 3,37 1,88 5,3 2,27 1,55 20 Примітка деревинностружкові плити виготовлені на 12% сухої смоли, а фанера - з витратою смоли 120г/м В запропоновану смолу введено 12% карбаміда і 20% затверджувана при складі, мас % ПВА, 50% щавлева кислота, 10 % 93, 4,5, NH4CL сірчанокислий алюміній Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 1,75, 0,75