Способ получения бакелитового лака

Изобретение относится к технологическим способам получения фенолформальдегидных смол и может быть использовано для изготовления бакелитового лака, предназначенного для использования в качестве связующего при изготовлении композиционных материалов. Описан способ получения бакелитового лака, включающий получение фенолформальдегидной смолы путем смешения фенола, формальдегида и жженой магнезии или оксида магния, конденсации смеси, которую проводят путем предварительного смешения формалина с катализатором и дальнейшего подмешивания фенола при молярном отношении формалина к фенолу, равном 1,5-1,6, и молярном отношении катализатора к фенолу, равном 0,1-0,2, с последующим нагревом смеси до температуры 35-40°С и поддержание температуры смеси в процессе конденсации, равной 65-75°С, до достижения коэффициента преломления 1,59-1,60, сушку смеси, затем последующее растворение полученной фенолформальдегидной смолы в этиловом спирте. Технический результат - улучшение физико-химических свойств, в частности адгезии к стекловолокну.

 

Изобретение относится к технологическим способам получения фенолформальдегидных смол и может быть использовано для изготовления бакелитового лака, представляющего собой раствор резольной фенолформальдегидной смолы в органическом растворителе, например в этиловом спирте, и предназначенного для использования в качестве связующего при изготовлении композиционных материалов.

Известен способ получения фенолформальдегидной смолы, заключающийся в метилолировании фенола формальдегидом в щелочных условиях в присутствии гидроокиси кальция и воды в качестве растворителя, причем формальдегид вводят в соотношении от 2,8 до 4,5 моль на моль фенола, а гидроокись кальция присутствует в соотношении 3-5,5 весовых процентов кальция по отношению к фенолу [FR 2094099, С 08 G 5/00, 1972].

Недостатком известного технического решения является относительно узкая область применения, не позволяющая изготавливать фенолформальдегидные смолы в органических растворителях.

Известен также способ, основанный на конденсации фенола с формальдегидом в присутствии гидроокисей двухвалентных металлов, причем процесс конденсации поводят сначала при молярном соотношении формальдегида к фенолу, равном 1,5-1,8 до содержания формальдегида в реакционной смеси 4-7 весовых процента, а затем добавляют следующую порцию формалина в таком количестве, чтобы суммарное молярное соотношение составило 2,1-2,5 [SU 530648, С 08 G 8/04, 1976].

Недостатком известного технического решения являются относительно низкие физико-химические свойства относительно таких показателей, как адгезия к стекловолокну.

Наиболее близким по своей сущности является способ получения бакелитового лака, основанный на получении фенолформальдегидной смолы путем конденсации фенола с формальдегидом в присутствии катализатора, поддержание температуры смеси в процессе конденсации, равной 70-76°C, до достижения ее вязкости не менее 20 мПа·с, по окончании конденсации осуществляют сушку смолы и последующее растворение смолы в органическом растворителе - этиловом спирте [Горбунова Т.К., Туркина С.П. Производство фенолформальдегидных смол. М., 1983, с.80-88].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкие физико-химические свойства относительно таких показателей, как адгезия к стекловолокну. Это не позволяет использовать его в качестве связующей компоненты при изготовлении, например, прессовочного материала с использованием в качестве наполнителя резаных стеклянных нитей для дальнейшего изготовления прямым или литьевым прессованием изделий конструкционного и электротехнического назначения.

Требуемый технический результат заключается в улучшении физико-химических свойств, в частности адгезии к стекловолокну.

В способе, включающем получение фенолформальдегидной смолы путем смешения фенола, формальдегида и катализатора, конденсацию смеси и ее сушку и последующее растворение полученной фенолформальдегидной смолы в органическом растворителе, конденсацию проводят путем предварительного смешения формалина с катализатором и дальнейшего подмешивания фенола при молярном отношении формалина к фенолу, равном 1,5-1,6, и молярном отношении катализатора к фенолу, равном 0,1-0,2, с последующим нагревом смеси до температуры 35-40°С и поддержание температуры смеси в процессе конденсации, равной 65-75°С, до достижения коэффициента преломления 1,59-1,60, при этом в качестве катализатора используют жженую магнезию или магний оксид, а качестве органического растворителя используют этиловый спирт.

Предлагаемый способ получения бакелитового лака заключается в следующем.

Способ предназначен для получения бакелитового лака ЛБ-СП, представляющего собой преимущественно спиртовой раствор резольной формальдегидной смолы, получаемой путем конденсации фенола с формальдегидом в присутствии жженой магнезии или окиси магния в качестве катализатора.

Бакелитовый лак, полученный по предлагаемому способу, применяется, в частности, в качестве связующей компоненты для изготовления прессовочного материала с использованием в качестве наполнителя резаных стеклянных нитей для дальнейшего изготовления прямым или литьевым прессованием изделий конструкционного и электротехнического назначения.

Для изготовления бакелитового лака в реактор, имеющий рубашку и оснащенный мешалкой, смотровым окном, термометром, холодильником и средствами вакуумирования, предварительно загружают формалин и катализатор (жженую магнезию или окись магния) и проводят их перемешивание примерно в течение 15 минут. После перемешивания вводят расчетное количество фенола.

При этом обеспечивают молярное отношение формалина к фенолу, равное 1,5-1,6, и молярное отношение катализатора к фенолу, равное 0,1-0,2.

После загрузки вакуум с реактора снимают и в межтрубное пространство холодильников дают охлаждающую воду.

В рубашку реактора подают пар давлением не более 0,3 мПа (3 кгс/см²) при непрерывно работающей мешалке. Смесь нагревают до температуры 35-40°С. После достижения этой температуры нагрев прекращают и дальнейшее повышение температуры смеси происходит за счет экзотермической реакции и тепловой инерции реактора.

Момент начала кипения смеси устанавливается через смотровое окно реактора. Кипение наблюдается при температуре 80-100°С. Началом выдержки в процессе конденсации считается достижение температуры смеси величины 65 градусов. Конденсация смолы ведется при температуре 65-75°С, которую поддерживают путем подачи воды в рубашку реактора. Контроль конденсации осуществляется по вязкости смолы. Первый контроль осуществляется через час с момента начала выдержки и далее через каждые 10-30 минут. При достижении вязкости смолы не менее 20 мПа·с конденсация считается законченной и смола переходит в стадию сушки.

При переходе в стадию сушки осуществляют переключение холодильника в прямой режим с постепенным включением вакуума.

В начале сушки температура смолы резко снижается за счет интенсивного испарения воды под вакуумом. Пар в рубашку реактора подается при снижении температуры до 60-74°С. Вакуум в начале сушки должен быть не менее 47 кПа (-0,47 кгс/см²). В начальный период сушки под паром температура смолы может снижаться до 60 градусов и ниже.

По мере отгона воды величина вакуума возрастает и после отгона ее основной массы, что устанавливается по просветлению смолы, величина вакуума должна быть не менее 68,0 кПа (-0,68 кгс/см²). Температура при этом начинает повышаться.

Подача пара в рубашку прекращается при температуре 70-75°С, чтобы температура сушки была не более 75°С.

Контроль на стадии сушки осуществляется по величине коэффициента преломления. Первый контроль осуществляется через час после начала сушки с последующим контролем через каждые 10-30 минут.

Сушка заканчивается при достижении коэффициента преломления величины 1,59-1,60.

В этом случае подача пара в рубашку реактора прекращается, холодильник переключается на обратный режим работы, создается вакуум не менее 40 кПа (-40 кгс/см²) и в реактор при постоянном перемешивании вводится органический растворитель, например этиловый спирт, что является последней операцией по получению бакелитового лака. Количество растворителя определяется технологией дальнейшего его использования. В частном случае вес используемого растворителя примерно равен весу загруженного фенола.

Пример.

Загрузка формалина 2174 кг и окиси магния 48 кг с их перемешиванием в течение 15 минут. Температуру реактора при этом поддерживали равной 34°С. После перемешивания ввели 1668 кг фенола. В рубашку реактора подавали пар давлением 0,3 мПа (3 кгс/см²) при непрерывно работающей мешалке. Смесь нагрели до температуры 40°С. После достижения этой температуры нагрев прекратили и начало кипения за счет экзотермической реакции и тепловой инерции реактора наблюдалось при температуре 90°С. Конденсацию смолы вели при температуре 65°С, которую поддерживали путем подачи воды в рубашку реактора. Контроль конденсации осуществлялся по вязкости смолы. Первый контроль осуществлялся через час с момента начала выдержки, а далее через каждые 30 минут. Через 5 часов при достижении вязкости смолы 22 мПа·с конденсация была закончена. Сушка продолжалась 2 часа с переключением холодильника в прямой режим с постепенным включением вакуума. В начальный период сушки под паром температура смолы составила 60°С. Температуру постепенно увеличивали и поддерживали от 60 до 74°С. Контроль на стадии сушки осуществлялся по величине коэффициента преломления. Первый контроль осуществляется через час после начала сушки с последующим контролем через каждые 20 минут. Сушка закончилась при достижении коэффициента преломления величины 1,595. Длительность сушки составила 2 часа. Отгон надсмольной воды составил 1366 л. После сушки осуществлялась загрузка спирта объемом 1520 л. с дальнейшим снятием вакуума и постепенным охлаждением до 38°С. При сливе выход готового продукта составил 3962 л.

Предлагаемый способ обеспечивает улучшение физико-химических свойств бакелитового лака применительно к использованию его в качестве связующего при изготовлении, например, прессовочного материала, когда в качестве наполнителя применяют резаные стеклянные нити для дальнейшего изготовления прямым или литьевым прессованием изделий конструкционного и электротехнического назначения. Это вызвано тем, что в предлагаемом способе изготовления бакелитового лака обеспечивается снижение уровня содержания свободных мономеров, что увеличивает скорость отверждения смолы и, следовательно, повышенную адгезию смолы к стекловолокну при изготовлении прессматериала с использованием резаных стекловолокон.

Способ получения бакелитового лака, включающий получение фенолформальдегидной смолы путем смешения фенола, формальдегида и катализатора, конденсации смеси и ее сушку, а также последующее растворение полученной фенолформальдегидной смолы в органическом растворителе, отличающийся тем, что конденсацию смеси проводят путем предварительного смешения формалина с катализатором и дальнейшего подмешивания фенола при молярном отношении формалина к фенолу, равном 1,5-1,6, и молярном отношении катализатора к фенолу, равном 0,1-0,2, с последующим нагревом смеси до температуры 35-40°С и поддержание температуры смеси в процессе конденсации, равной 65-75°С, до достижения коэффициента преломления 1,59-1,60, при этом в качестве катализатора используют жженую магнезию или магний оксид, а в качестве органического растворителя используют этиловый спирт.