Способ получения мочевиноформальдегидной смолы

 

Использование: в химической промышленности, в частности в крупнотоннажном производстве мочевиноформальдегидных смол, широко применяемых в деревообрабатывающей промышленности. Сущность способа: поликонденсацию мочевины с формальдегидом при их начальном и конечном мольном соотношении соответственно 1 (1,9 2,1) и 1 (1,1 1,6) проводят сначала в слабощелочной или нейтральной среде в присутствии аммиака, далее в слабокислой среде путем дозирования в реакционную среду на стадии конденсации в слабокислой среде каталитической добавки, состоящей из формальдегида, едкого натра и серной кислоты при соотношении в молях соответственно 1 (0,4 0,5) (0,1 0,3), причем количество каталитической добавки составляет 0,27 2,7% от исходного формальдегида, используемого на поликонденсацию. Каталитическая добавка, используемая по предлагаемому способу, позволяет стабилизировать колебания значений рН на стадии конденсации в слабокислой среде и показателей качества получаемых мочевиноформальдегидных смол. 1 табл.

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к крупнотоннажному производству мочевиноформальдегидных смол, широко применяемых в деревообрабатывающей промышленности.

Известны [1 и 2] способы получения мочевиноформальдегидных смол конденсацией мочевины с формальдегидом в водных растворах при нагревании сначала в слабощелочной или нейтральной среде и продолжением конденсации в слабокислой среде при величине значений рН 4,0-5,0 с дальнейшей нейтрализацией, концентрированием и конденсацией с дополнительной порцией мочевины в нейтральной или слабощелочной среде. При этом начальное и конечное соотношение мочевины и формальдегида составляет соответственно от 1:1,8-2,2 до 1:1,0-1,6. В качестве кислотных катализаторов обычно применяются минеральные или органические кислоты, различные соли и другие вещества, разлагающиеся при нагревании в водной среде с выделением кислот. В качестве катализаторов оснований применяются в основном щелочи, органические основания, соли сильных оснований и слабых кислот и другие соединения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения мочевиноформальдегидных смол [3] конденсацией мочевины с формальдегидом при нагревании в присутствии аммиака, взятого в количестве 0,01-0,04 моль на моль мочевины в водной среде с переменной кислотностью с постепенным изменением значения рН от 9,0-7,0 до 5,5-4,5, с дальнейшим концентрированием реакционной массы в слабощелочной среде с последующей конденсацией с дополнительной порцией мочевины в слабощелочной среде, причем начальное и конечное мольные соотношения мочевины и формальдегида при этом составляет соответственно 1: (1,9-2,1) и 1:(1,2-1,55).

Основным недостатком отмеченного способа является резкая зависимость изменений рН реакционной среды от качества используемого сырья. Например, при использовании сырья формалина со значением рН менее 4,0-3,8 происходит изменение рН реакционной смеси от исходных значений 9,0-7,0 до конечных значений 4,4-4,0 и ниже, что способствует превращению реакционной массы в нерастворимое твердое состояние и, следовательно, забивке технологического оборудования. В то же время следует отметить, что рН формалина, выпускаемого по ГОСТ 1625-75 с кислотностью не более 0,04% колеблется в пределах от 4,2-3,7 до 2,7-3,3. Поэтому при выполнении данного способа необходимо вводить дополнительную стадию корректировки показателя рН формалина или в ходе самого процесса проводить корректировку рН по стадиям. Но из-за отсутствия надежных автоматических систем контроля и регулировки рН реакционной среды контроль данного параметра осуществляется аналитическим путем методом отбора проб, что еще больше осложняет ведение процесса, так как при общем времени поликонденсации в среднем 15-45 мин и времени отбора и анализа пробы 5-10 мин процесс становится фактически не контролируемым.

Целью изобретения является стабилизация колебаний величины рН на стадии поликонденсации в слабокислой среде и показателей качества получаемых смол.

Для этого поликонденсацию мочевины с формальдегидом по известному способу (рецептура и технологические параметры ведения процесса) проводят в присутствии каталитической смеси, состоящей из формальдегида, едкого натра и серной кислоты при их мольном соотношении соответственно 1:(0,4-0,5):(0,1-0,3), причем количество каталитической смеси составляет 0,27-2,7% от исходного формальдегида.

Каталитическую смесь формальдегида, едкого натра и серной кислоты готовят следующим образом.

В реактор загружают формальдегид в виде формалина 37±0,5%-ной концентрации по ГОСТ 1625-89, при перемешивании нейтрализуют формалин 20-40%-ным раствором едкого натра, взятого в количестве 0,4-0,5 моль на 1 моль формальдегида. Смесь нагревают до 92-98^оС и выдерживают при этой температуре 30-60 мин. Затем смесь охлаждают до 40±5^оС и подкисляют раствор с помощью концентрированной серной кислоты, взятой в количестве 0,1-0,3 моль на 1 моль формальдегида. Значение каталитической смеси при этом устанавливается в пределах 4,0-4,5. Полученную смесь используют в качестве каталитической добавки для стабилизации колебаний рН в ходе процесса поликонденсации мочевины с формальдегидом.

Результаты функционального анализа и физико-химические показатели синтезируемых по предлагаемому способу и известных мочевиноформальдегидных смол показывают, что они идентичны. Эти выводы для синтезируемых по данному техническому решению образцов смол подтверждены также результатами их исследований ИК-спектроскопическим методом.

Использование в количестве 0,27-2,7% от исходного формальдегида каталитической смеси, состоящей из формальдегида, едкого натра и серной кислоты при их мольном соотношении соответственно 1:(0,4-0,5):(0,1-0,3) позволяет также упростить технологию.

П р и м е р 1. В колбу, снабженную обратным холодильником, термометром и мешалкой, загружают 324 г 37%-ного формалина, при перемешивании формалин нейтрализуют с помощью 4,8 г 25%-ной аммиачной воды. После чего в колбу загружают 120 г мочевины. Процесс поликонденсации ведут при 92-98^оС. Спустя 10 мин после достижения температуры 92^оС в колбу загружают 1,62 г каталитической смеси, состоящей из формальдегида, едкого натра и серной кислоты в мольных соотношениях 1:0,4:0,2 и приготовленной предварительно по вышеуказанной схеме. При этом рН реакционной смеси становится 4,7. Конденсацию продолжают до достижения вязкости реакционной смеси 80 сПз, при этом проба горячей смолы дает устойчивое помутнение с водой при температуре воды 15^оС. После этого смоляной реакционный раствор нейтрализуют до рН 8,0 и проводят выпарку под вакуумом до достижения коэффициента рефракции реакционного раствора -1,462. Затем содержимое колбы охлаждают до 70^оС, в колбу загружают дополнительно 80 г мочевины и продолжают конденсацию при 60^оС в течение 30 мин. Далее содержимое колбы охлаждают и анализируют. Показатели полученной смолы приведены в таблице.

П р и м е р 2. В реактор-растворитель непрерывно поступает мочевина и нейтрализованный аммиачной водой формалин. Соотношение мочевины, формальдегида и аммиака в исходной реакционной смеси составляет в молях соответственно 1:1,9:0,025. Далее реакционный раствор мочевины в формалине непрерывным потоком поступает в первый реактор каскада из двух реакторов, где начинается процесс поликонденсации мочевины с формальдегидом при температуре 90-98^оС при перемешивании. При этом величина рН среды на выходе из первого реактора постепенно падает до 5,8-4,5. Для стабилизации величины рН во втором реакторе каскада в пределах от 4,6 до 5,0 во второй реактор каскада дозируют 0,1-1,0% от исходного формалина каталитическую смесь, приготовленную из формальдегида, едкого натра и серной кислоты при их мольном соотношении соответственно, 1: (0,4-0,5): (0,1-0,3). Во втором реакторе каскада процесс продолжается до достижения вязкости реакционной смеси 60-100 сПз. При этом проба горячей смолы дает устойчивое помутнение с водой с температурой 13-17^оС. Далее смолообразный реакционный раствор нейтрализуется до рН 7,0-8,5 и нейтрализованный смолообразный реакционный раствор непрерывно поступает в контур концентрирования. В контуре концентрирования смола концентрируется путем удаления влаги под вакуумом до достижения коэффициента рефракции 1,454-1,460. Затем концентрированная смола непрерывным потоком поступает в реактор (контур), куда подается также дополнительная порция мочевины в количестве, необходимом для доведения конечного мольного соотношения мочевины к формальдегиду 1: 1,2. Конденсация с дополнительной порцией мочевины проводится при 55-65^оС, время пребывания смолы в реакторе дополнительной конденсации составляет 20-40 мин. Далее готовую смолу охлаждают и анализируют. Показатели полученной смолы приведены в таблице.

П р и м е р 3. Технологические параметры поликонденсации в первом и втором реакторах каскада, концентрирования смолы под вакуумом и конденсации смоляного раствора с дополнительной порцией мочевины по примеру 2. Исходный реакционный раствор имеет соотношение мочевины, формальдегида и аммиака в молях соответственно 1:2,0:0,35. Во второй реактор каскада поликонденсации дозируется каталитическая смесь формальдегида, едкого натра и серной кислоты при их мольном соотношении соответственно 1:0,4:0,1. Количество дополнительной порции мочевины обеспечивает мольное соотношение мочевины и формальдегида в готовой смоле 1:1,35. Показатели смолы приведены в таблице.

П р и м е р 4. Процесс получения смолы осуществляется по примеру 2. Реакционный раствор имеет соотношение мочевины, формальдегида, и аммиака в молях 1: 2,1: 0,03. Во второй реактор каскада поликонденсации дозируют каталитическую смесь, состоящую из формальдегида, едкого натра и серной кислоты при их мольном соотношении 1:0,5:0,3. Концентрирование смоляного раствора ведется до достижения коэффициента рефракции 1,465-1,475. Количество дополнительной порции мочевины обеспечивает соотношение мочевины и формальдегида в готовой смоле в молях 1:1,6. Показатели смолы приведены в таблице.

П р и м е р 5. Процесс получения мочевиноформальдегидной смолы осуществляется по примеру 2. Исходный реакционный раствор имеет соотношение мочевины, формальдегида и аммиака в молях соответственно 1:2,0:0,026. Во второй реактор каскада дозируют 0,25% от исходного формалина каталитическую смесь формальдегида, едкого натра и серной кислоты при их мольном соотношении в смеси 1:0,45:0,2 соответственно. Соотношение мочевины и формальдегида в готовой смоле составляет в молях 1:1,1. Показатели смолы приведены в таблице.

П р и м е р 6. Процесс осуществляется по примеру 2. Смоляной раствор концентрируется до достижения коэффициента рефракции 1,464-1,470. Соотношение мочевины и формальдегида в готовой смоле составляет в молях 1:1,4. Показатели готовой смолы приведены в таблице.

Приведенные в таблице данные свидетельствуют о том, что предлагаемое техническое решение позволяет получить мочевиноформальдегидные смолы, отвечающие требованиям современного уровня техники.

При этом удается упростить технологию получения смолы и расширить возможности способа с точки зрения его практической реализации, так как используемая каталитическая смесь, состоящая из доступных компонентов, может быть приготовлена на любом предприятии, производящем мочевиноформальдегидные смолы.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ конденсацией мочевины с формальдегидом при нагревании в среде с переменной кислотностью сначала в присутствии аммиака в слабощелочной или нейтральной потом в слабокислой среде с последующей нейтрализацией, концентрированием и продолжением конденсации в присутствии дополнительной порции мочевины при начальном и конечном молярном соотношении мочевины к формальдегиду соответственно 1 1,9 2,1 и 1 1,1 1,6, отличающийся тем, что поликонденсацию в слабокислой среде проводят в присутствии каталитической добавки, состоящей из формальдегида едкого натра и серной кислоты при их молярном соотношении соответственно 1 (0,4 0,5) (0,1 0,3), причем количество каталитической добавки составляет 0,27 2,7% от массы исходного формальдегида.

РИСУНКИ

Рисунок 1