Способ получения карбамидоформальдегидной смолы

 

Изобретение относится к способам получения карбамидоформальдегидных смол, применяемых в качестве связующих и клеев для склеивания древесины в производстве ДСП и МДФ и других целей. Способ заключается в конденсации карбамидоформальдегидного концентрата с первой порцией карбамида в присутствии регулятора вязкости, нагревании в водном растворе с переменной кислотностью с последующим взаимодействием образовавшегося продукта с дополнительным количеством карбамида в присутствии буферной добавки и охлаждении смолы. Технической задачей является углубление поликонденсации смолы. 1 табл.

Изобретение относится к способам получения карбамидоформальдегидных смол, применяемых в качестве связующих, и клеев для склеивания древесины в производстве ДСП и МДФ и других целей.

В последнее время много внимания уделяется работам по получению карбамидоформальдегидных смол с улучшенными технологическими и санитарно-гигиеническими характеристиками, обеспечивающими получение изделий на их основе с уменьшенной эмиссией формальдегида. По указанной причине широкое распространение получили так называемые низкомольные смолы с максимально возможным соотношением карбамида и формальдегида. Их существенными признаками являются недостаточно высокая стабильность при хранении и низкая реакционная способность при отверждении, значительный объем формальдегидсодержащих надсмольных вод.

Известен метод получения карбамидоформальдегидной смолы [Доронин Ю.Г., Свиткина М.М., Мирошниченко С.Н. Синтетические смолы в деревообработке. - М. : Лесная промышленность, 1979, с. 41-49], включающий в себя четыре основные стадии: получение метилольных производных мочевины (форконденсата) в слабощелочной или нейтральной среде при температуре 80-100^oС, продолжительностью 30-60 мин и мольном соотношении карбамида и формальдегида 1:(1,97-2,0), конденсацию смолообразных продуктов в кислой среде при рН 4,0-5,5 в течение 20-60 мин, концентрирование смолы под вакуумом при рН 6-7,5 и температуре 65-70^oС, доконденсацию с дополнительной порцией карбамида при 60-65^oС, рН 6,5-7,5 в течение 30 мин до конечного мольного соотношения мочевины с формальдегидом 1: (1,30-1,66). В процессе охлаждения готовой смолы можно стабилизировать ее аммиачной водой, диэтиленгликолем, тетраборатом натрия.

Недостатком указанного способа являются его многостадийность и продолжительность, что негативно отражается на производительности технологического оборудования. Кроме того, процесс характеризуется низкой степенью конверсии по формальдегиду, так как отгонная вода на стадии концентрирования смолы содержит до 5-8% непрореагировавшего формальдегида. К тому же получаемые смолы достаточно хорошо растворимы в воде, что препятствует выпуску экологически чистой продукции на их основе.

Известен способ получения карбамидоформальдегидной смолы на основе карбамидоформальдегидного концентрата (КФК), содержащего 55% "общего" формальдегида и 21% "общего" карбамида [RU 2059663, кл. С 08 G 12/12, 1996]. Он основан на добавлении к КФК первой порции карбамида с целью доведения соотношения карбамид : формальдегид (К:Ф) до 1:2,0, прогреве реакционной смеси при 40^oС в течение 2 ч, вводе 10%-ного раствора уксусной кислоты для снижения рН смеси до 5,2 и проведении кислой конденсации при 90^oС до достижения вязкости 1000 мПа•с. После этого pН реакционной массы устанавливают на уровне 7,5, вводят вторую порцию карбамида и при 60^oС в течение 1 ч завершают процесс доконденсации.

К недостаткам данного способа следует отнести повышенную вязкость карбамидоформальдегидной смолы на стадии кислой конденсации, длительность щелочной конденсации из-за невысокой температуры ведения процесса, пониженную реакционную способность готовой карбамидоформальдегидной смолы, характеризуемой показателем "время желатинизации".

Ближайшим по технической сущности может рассматриваться метод получения карбамидоформальдегидной смолы из карбамидоформальдегидного концентрата [RU 2136703, кл. С 08 G 12/12, 12/40// С 08 L 61/24, 1999] путем его конденсации с первой порцией карбамида в присутствии регулятора вязкости - добавки деминерализованной воды или 5%-ного раствора метанола с рН 7,5-9 в течение 10 мин при 90^oС и рН 7,6-8,8 до достижения соотношения К:Ф=1:2,0. По завершении щелочной стадии следует быстрое охлаждение реакционной смеси до (80±2)^oС, ввод кислого агента с целю снижения рН до 5,0-5,5, проведение при (81±2)^oС кислой конденсации в течение 30-50 мин до начала коагуляции смолы, одновременный ввод второй порции карбамида и буферной добавки и завершение доконденсации при (66±2)^oС в течение 30 мин.

К недостаткам данного способа следует отнести повышенную реакционную способность карбамидоформальдегидного концентрата, получаемого хемосорбцией газообразного формальдегида раствором карбамида. Благодаря высокому содержанию в нем три- и тетраметилолмочевины увеличивается склонность смолы к переходу в твердое состояние на стадии проведения кислой конденсации. По указанной причине ее проводят при пониженных температурах, что способствует росту остаточного формальдегида в готовой смоле и препятствует достижению необходимой глубины поликондесации.

Технической задачей изобретения является углубление поликондесации смолы за счет увеличения длительности щелочной и кислой стадий, роста температуры при проведении последней с одновременным снижением pH на протяжении всего процесса.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе в качестве основного сырьевого компонента используют карбамидоформальдегидный концентрат с мольным соотношением карбамида и формальдегида 1: (3,0-3,9) и получаемый жидкофазной конденсацией карбамида и формалина в слабощелочной среде при 85±5^oС.

Сущностью предлагаемого технического решения является синтез карбамидоформальдегидной смолы путем конденсации КФК с первой порцией карбамида в присутствии регулятора вязкости - добавки деминерализованной воды с рН 7,5-9,0 в течение 30 мин при 90^oС и рН 6,0-7,0 до достижения мольного соотношения К:Ф=1:2. По завершении щелочной стадии следует ввод кислого агента с целью снижения рН до 4,5-5,2, проведение при 93±3^oС кислой конденсации в течение 20-50 мин до начала коагуляции смолы, добавление 10%-ного раствора едкого натра для установления рН 6,5-7,2, охлаждение реакционной смеси до 72±3^oС и загрузка второй порции карбамида и буферного компонента, завершение доконденсации при 65±3^oС в течение 30 мин.

Предлагаемое техническое решение отличается от известных тем, что с целью снижения реакционной способности смолы на стадии кислой конденсации и избежания ее нежелательного перехода в твердое состояние в качестве основного сырьевого компонента используют карбамидоформальдегидный концентрат, представляющий собой водный раствор формальдегида, моно-, ди- и триметилолмочевин, получаемый жидкостной конденсацией карбамида и формалина в слабощелочной среде.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

КФК применяют в виде композиции, содержащей 42,6 мас.% "общего" формальдегида, 25,3 мас.% "общего" карбамида, 3 мас.% метанола, остальное - вода. Мольное соотношение К:Ф=1:3,37.

Для нейтрализации и подкисления реакционной смеси используют водные растворы едкого натра, муравьиной кислоты, хлористого аммония, другие основания и кислоты.

Сравнительная характеристика смол, изготовленных по примерам осуществления предлагаемого способа и по прототипу, представлена в таблице.

ПРИМЕР 1.

В реактор емкостью 10 м³ загружают 6800 кг карбамидоформальдегидного концентрата и 680 кг деминерализованной или умягченной воды. В него же при интенсивном перемешивании добавляют 1190 кг карбамида. Содержимое реактора нагревают до 90^oС и выдерживают при этой температуре 30 мин. По завершении щелочной стадии конденсации в реактор из мерника вводят 20%-ный раствор хлористого аммония для снижения рН до 4,5-5,0 и при 90-96^oС проводят кислую поликонденсацию. Ее окончание определяют по технологической пробе: в химический стакан с 50 см³ воды, охлажденной до 12-14^oС, добавляют 3 см³ реакционной смеси. Конденсацию прекращают после появления устойчивой мути или малой коагуляции.

Содержимое реактора нейтрализуют 10%-ным раствором едкого натра до величины рН 7,0±0,5, охлаждают до температуры 73±3^oС и загружают вторую порцию карбамида для достижения мольного отношения Ф:К=1,15.

Температура реакционной массы самопроизвольно снижается до 64±3^oС и ее поддерживают на этом уровне в течение 30 мин. Готовую смолу охлаждают до 20-25^oС и перекачивают в емкость на хранение.

Из описания изобретения и таблицы видно, что по заявленному техническому решению удается достичь более глубокой поликонденсации смолы за счет увеличения длительности щелочной и кислой стадий, роста температуры при проведении кислой стадии и снижения уровня pH на протяжении всего процесса.

Синтезируемая при этом смола характеризуется меньшим содержанием свободного формальдегида и более высокой вязкостью при пониженном сухом остатке.

Формула изобретения

Способ получения карбамидоформальдегидной смолы путем конденсации карбамидоформальдегидного концентрата с первой порцией карбамида в присутствии регулятора вязкости и нагреванием в водном растворе с переменной кислотностью с последующим взаимодействием образовавшегося продукта с дополнительным количеством карбамида в присутствии буферной добавки при исходном и конечном мольном отношении карбамида и формальдегида 1:(1,9-2,1)и1:(1,1-1,5) соответственно и охлаждением готовой смолы, отличающийся тем, что в качестве карбамидоформальдегидного концентрата используют продукт, представляющий собой водный раствор формальдегида и моно-, ди- и триметилолмочевин, при мольном отношении Ф: К= 3,0-3,9 и полученный жидкофазной конденсацией карбамида и формалина в слабощелочной среде.

РИСУНКИ

Рисунок 1