Способ получения мочевиноформальдегидных смол

 

Использование: в качестве клея в деревообрабатывающей промышленности. Сущность: мочевину с формальдегидом при их молярном соотношении 1:1,9-2,1 конденсируют в среде с переменной кислотностью при нагревании, концентрируют при 50-70^oС под вакуумом форконденсат. Перед концентрированием к форконденсату добавляют мочевину до конечного молярного соотношения мочевины к формальдегиду 1:1-1,55 соответственно. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к получению мочевино-формальдегидных смол (МФС) клеевого назначения, применяемых, в частности, в деревообрабатывающей промышленности. В настоящее время производство МФС в странах СНГ составляет около 1 млн.т/год, т.е. является крупнотоннажным, однако дефицит по МФС составляет 200 тыс.т/год с тенденцией нарастания дефицита к 2000 году до 500 тыс.т/год.

Поэтому актуальной задачей является создание эффективных процессов получения ФМС, которые позволяют на действующем оборудовании без создания новых мощностей увеличить производство МФС.

В настоящее время в области производства МФС наблюдается тенденция снижения токсичности смол и улучшения их качества, одним из способов достижения которого является углубление конденсации, проявляемое, в частности, в пониженной смешиваемости смол с водой. Цель в основном достигается за счет увеличения производительности конденсации, что вызывает снижение производительности действующего оборудования. На агрегатах непрерывного действия при получении глубоко конденсированных МФС наблюдается интенсивное обрастание теплообменника в контуре концентрирования смолы.

Известен [1] способ получения МФС, включающий в себя четыре основные стадии: получение метилольных производных мочевины в слабощелочной или нейтральной среде при температуре 80-100^oС, продолжительности 30-60 мин и молярном соотношении мочевины и формальдегида 1:1,97-2,0; конденсацию смолообразных продуктов в кислой среде при рН 4,0-5,5 в течение 20-60 мин до требуемой степени конденсации, повышение концентрации смолы под вакуумом при рН 6,0-7,5 и температуре 65-70^oС; доконденсацию с дополнительной порцией мочевины при 60-65^oС, рН 6,5-7,5 в течение 30 мин до конечного молярного соотношения мочевины и формальдегида 1:1,66-1,30. В процессе охлаждения готовой смолы можно стабилизировать ее аммиачной водой, диэтиленгликолем, тетраборатом натрия.

Недостатком указанного способа являются его многостадийность и продолжительность, что снижает производительность действующего оборудования, и низкая степень конверсии по формальдегиду, т.к. отгонная вода со стадии концентрирования смолы содержит до 5-8% непрореагировавшего формальдегида.

Известен также способ получения МФС [2] заключающийся в том, что конденсацию мочевины с формальдегидом ведут в присутствии аммиака при их молярных соотношениях 1:1,9-2,1:0,01-0,04 при температуре 90-98^oС при постоянно уменьшающемся рН среды до 5,5-4,5 до достижения вязкости конденсационного раствора 55-65 сП и определенной температуры помутнения 3%-ного раствора смолы, затем дальнейшей конденсацией и концентрированием реакционной массы в зубчатом теплообменнике при 90-105^oС с последующей деконденсацией с дополнительной мочевиной в щелочной среде при 50-65^oС до конечного молярного соотношения мочевины и формальдегида 1:1,2-1,55. Для стабилизации получаемых смол допускается вводить тетраборат натрия в количестве 0,05-0,1% от массы смолы.

Получаемые по способу [2] смолы достаточно хорошо растворимы в воде. Однако для получения глубококонденсированных смол необходимо увеличить продолжительности конденсации, что приводит к существенному снижению производительности оборудования и более интенсивному обрастанию теплообменника контура концентрирования смолы.

Указанный способ также характеризуется низкой конверсией по формальдегиду, т.к. содержание непрореагировавшего формальдегида в отгонной воде составляет до 7-8% Ближайшим по технической сути является способ получения МФС по [3] Принципиальная схема способа представлена на фиг. 1.

В растворителе (смеситель) 1 готовится смесь из формалина и мочевины при их молярном соотношении 1,90-2,1:1 и температуре 15-45^oС, конденсированный раствор непрерывно поступает в каскад из 2^x реакторов, в реакторе 2 происходит поликонденсация при 85-98^oС и рН 6,8-5,0, в реакторе 3 поликонденсация продолжается при 90-98^oС и рН 5,2-4,4 до помутнения пробы реакционной смеси в воде. Нейтрализованный до рН 6,6-9,0 полупродукт поступает в контур концентрирования, включающий в себя сепаратор 4 и теплообменник 4', для концентрирования под вакуумом при 75-95^oС до определенной вязкости, далее в сепаратор 5 контура дополнительной конденсации для конденсации его при 55-65^oС с мочевиной (или раствором мочевины) до конечного молярного соотношения мочевины и формальдегида 1:1,2-1,55. Охлаждение готовой смолы проводится в контуре охлаждения, где предусмотрена подача в сепаратор 6 для стабилизации смол водного раствора тетрабората натрия (буры) или водного аммиака.

Недостатком способа является то, что получение смол глубокой степени конденсации требует увеличения времени конденсации, что вызывает снижение производительности всей технологической нитки. Кроме того, достижение глубокой степени конденсации сопровождается повышением вязкости смол в поз. 3 фиг. 1, что затрудняет работу теплообменника в контуре концентрирования поз. 4 фиг. 1 в процессе концентрирования смолы, вызывает его быстрое обрастание, что, в свою очередь, приводит к частым остановке и чистке оборудования и, следовательно, снижению производительности. Кроме того, из-за низкой конверсии формальдегида его потери с отгонкой водой составляют до 6-9% что способствует снижению выхода целевой продукции. Следует отметить, что в производственных условиях колебание концентраций формалина и особенно раствора мочевины (плава 65-75%) приводит к колебанию технологических параметров процесса по всей технологической схеме, что отрицательно сказывается на стабильности работы особенно контура концентрирования смолы, в результате чего наблюдается интенсивное обрастание теплообменника.

Целью изобретения является увеличение степени конверсии формальдегида и выхода готовой продукции, а также стабилизация технологических параметров контура концентрирования смолы.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе 3 (фиг. 1) дополнительную порцию мочевины подают в буферную емкость перед контуром концентрирования смолы, обеспечивая стабильный расход реакционной смеси, подаваемой в контур концентрирования, за счет колебания уровня реакционной смеси в буферной емкости, при этом температура в контуре выпарки составляет 50-70^oС.

Сущностью предлагаемого решения является (см. фиг. 2) получение МФС путем поликонденсации мочевины с формальдегидом в первом реакторе каскада в нейтральной или слабощелочной средах при исходном молярном соотношении мочевины и формальдегида 1:1,9-2,1 при температуре 90-98^oС, с продолжением конденсации во втором реакторе каскада при рН 4,4-5,4, с дальнейшей конденсацией форконденсата с дополнительным количеством мочевины в третьем реакторе (буферная емкость) каскада при конечном молярном соотношении мочевины и формальдегида 1:1,1-1,55, после чего смола поступает последовательно в контуры концентрирования и охлаждения готовой смолы. Допускается стабилизация смолы известными способами с помощью тетрабората натрия и аминов.

Предлагаемое техническое решение отличается от известных тем, что конденсация форконденсата с дополнительным количеством мочевины проводится в буферной емкости, которая позволяет обеспечивать стабильную подачу реакционного раствора в контур концентрирования (см. фиг. 2).

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Формальдегид применяют в виде 35-40%-ного раствора. Мочевину применяют в твердом виде или в виде 60-85%-ного раствора. Для нейтрализации и подкисления реакционной смеси используют водные растворы едкого натра, едкого кали, муравьиной кислоты, хлористого аммония и др. основания и кислоты.

Сравнительная характеристика смол, изготовленных по примерам осуществления предлагаемого способ и по прототипу представлена в таблице 1.

Пример 1, фиг. 2. В первый реактор каскада (поз. 2) из смесителя (растворитель) (поз. 1) непрерывно поступает реакционная смесь мочевины в нейтрализованном формалине в соотношении мочевины к формальдегиду 1:2,0, где конденсация ведется при температуре 90-98^oС при перемешивании. Время пребывания реакционного раствора в реакторе поз. 2, 20-60 мин. Во втором реакторе (поз. 3) каскада, куда непрерывно поступает реакционный раствор, процесс ведется при температуре 93-100^oС при рН 5,4-4,4. рН регулируется подачей кислотного катализатора. Во втором реакторе каскада процесс ведется до достижения помутнения пробы горячей смолы в холодной (13-18^oС) воде. Далее нейтрализованный смоляной реакционный раствор непрерывно поступает в третий реактор (буферная емкость) (поз. 4) каскада, куда непрерывно подается мочевина, количество которой обеспечивает общее соотношение мочевины и формальдегида в смеси 1:1,2. Температура в реакторе поз. 4 поддерживается 50-65^oС. После непрерывным стабильным потоком реакционная смесь поступает в контур концентрирования смолы, где при температуре 50-70^oС под вакуумом смола концентрируется до достижения сухого вещества в растворе 64-68% После концентрирования готовая смола поступает в контур охлаждения.

Пример 2. Условия конденсации по примеру 1. Начальное и конечное молярное соотношение мочевины и формальдегида составляет соответственно 1:1,9 и 1:1,35.

Пример 3. Процесс ведется по примеру 1. Начальное и конечное молярное соотношение мочевины и формальдегида составляет соответственно 1:2,1 и 1: 1,55.

Пример 4. Процесс ведется по примеру 1. Начальное и конечное соотношение мочевины и формальдегида составляет соответственно 1:1,9 и 1:1,1.

Из таблицы видно, что по заявленному техническому решению потери формальдегида с отгонной водой уменьшаются по сравнению с прототипом приблизительно в 10 раз, при этом увеличивается выход целевой продукции.

Формула изобретения

Способ получения мочевиноформальдегидных смол конденсацией мочевины с формальдегидом при нагревании в водном растворе с переменной кислотностью с последующей конденсацией форконденсата с дополнительным количеством мочевины при исходном и конечном молярном соотношении мочевины и формальдегида 1 1,9 2,1 и 1 1,1 1,55 соответственно и охлаждением готовой смолы, отличающийся тем, что дополнительное количество мочевины подают в буферную емкость перед концентрированием с последующей подачей ее на концентрирование за счет колебания уровня реакционной смеси в буферной емкости, а процесс концентрирования проводят при 50 70^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3