Способ получения карбамидной смолы
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБАМИД- НОЙ СМОЛЫ конденсацией мочевины и формальдегида при постепенно уменьшакяцемся рН среды от щелочной до кислой в присутствии аммиака или смеси аммиака и кислоты при нагревании, отличающийся тем, что, с целью улучшения растворимости в воде, повышения механи- .ческой прочности отвержденных материалов, аммиак добавляют к мочевине и конденсацию проводят при молярном соотношении мочевина:формальдегид; аммиак=1:2-2,5:0,25-0/4.
, СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (19) (11) (Я) С 08 (12/12
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2305671/23-05 (22) 29.12.75 (46) 23.07.83. Бюл. )) 27 (72) А.Н. Пуховицкая, E.Ñ. Потехина, В.П. Пшеницына, Т.Л. Евтюшина и Н.Н. Молоткова (53) 678.65-2(088.8) (56) 1. Темкина Р.3., Синтетические клен в деревообработке, изд. "Лесная промышленность", N., 1971, с. 115.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 451251, кл. С 08 G 13/12, 1974 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБАМИДНОй СМОЛЫ конденсацией мочевины и формальдегида при постепенно уменьшающемся рН среды от щелочной до кислой в присутствии аммиака или смеси аммиака и кислоты при нагревании, отличающийся тем, что, с целью улучшения растворимости в воде, повышения механи.ческой прочности отвержденных материалов, аммиак добавляют к мочевине и конденсацию проводят при молярном соотношении мочевина:формальдегид: аммиак=1:2-2,5:0,25-0,4.
562095
Изобретение относится к области получения карбамйдных смол используемых в качестве связующих и клеев для склеивания древесины, изготовления стержней в литейном производстве, а также для изготовления мине- 5 р ало в а тных и з дел ий .
Известны способы получения карбамидных смол путем конденсации мочевины с формальдегидом при молярных соотношениях 1: 2,5-1:1,1, где для >р установления определенного значения рН при синтезе применяют вещества, играющие роль катализаторов реакции.
Наиболее часто употребляют едкий нат аммиак, гексаметилентетрамин, хлористый цинк и др. f1) .
Прототипом предлагаемого является способ получения карбамидной смолы путем непрерывной конденсации мочевины и формальдегида при молярных соотношениях 1:2,3 — 1:1,5 при постепенно уменьшающемся рН среды от
8,5 до 4,0 в присутствии 0,083 моль аммиака на 1 моль первоначально загруженной мочевины при температуре кипения t2j .
Однако в результате осуществления этих способов получают смолу, плохо растворимую в воде, со значительным содержанием формальдегида и недостаточной механической прочностью. 30
Для повышения растворимости смолы в воде и повышения механической прочности по предлагаемому способу к мочевине рекомендуется добавлять аммиак и проводить конденсацию при молярных соотношениях мочевина: формальдегид:аммиак=1:2-2,5:0,25-0,4 при постепенно уменьшающемся рН сре ды от 8,3 до 4,5 и при температуре кипения реакционной смеси.
Предлагаемый способ заключается в следующем. К 1 моль мочевины добавляют 0,25-0,4 моль аммиака в виде водного раствора и затем вводят (2,0-2,5 моль) водный раствор формаль дегида. При смешении компонентов на- 45 блюдается экэотермическая реакция и температура поднимается до 50-70 С.
О
Нагревают смесь до температуры кипения и выдерживают при этой температуре в течение 1,0-2,5 ч при пос- 5О тепенно уменьшающемся рН среды от
7,2-8,0 до 4,7-5,0 до достижения определенной вязкости. После этого конденсационную смесь нейтрализуют щелочью, охлаждают до 60-70 С и отгоняют воду до требуемой концентрации.
Для ускорения конденсации в реакцию вводят смесь аммиака и 2,5Ъ от веса аммиака кислоты. Для снижения содержания формальдегида в смоле ниже 1В в смолу дополнительно вводят
0,133 моль мочевины от первоначально загруженной.
При конденсации 0,25-0,4 моль аммиака является оптимальным. Прове- 65 дение реакции конденсации мочевины с формальдегидом при добавлении до
0,088 моль аммиака приводит к получению смол с содержанием 18-25% метилольных групп, как в обычных кар бамидных смолах.
Карбамидную смолу по предлагаемому способу можно получать непрерывным методом и с применением плава мочевины (раствора мочевины), получаемого непосредственно в производстве мочевины.
Карбамидные смолы по предлагаемому спосОбу отверждаются обычными и для карбамидных смол отвердителями.
Пример 1. В трехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником, мешалкой и термометром, помещают
600 г мочевины (10 моль) и 323 г воды (18 моль). После растворения мо чевины (рН 9,55) вводят 287,5 мл (3,12 моль) 20%-ного водного раствора аммиака (рН 12,35) и 1633 r (20 моль) формальдегида в виде
36,7%-ного водного раствора.
Температура поднимается самопрои з вольно до б 8 С. Реакционную смесь о нагревают до температуры кипения и выдерживают в ней до достижения вязкости 12,0 с по вискозиметру
ВЗ-4, проверяя значения рН через каждые 15 мин.
Время, мин рН
О 7,2
15 6,3
30 5,8
45 5,5
60 5,25
75 5,25
90 5,2
115 5,2
113 5,05
Смолу нейтрализуют введением
8Ъ-ного водного раствора едкого натра до рН 6,65, охлаждают до 60-70 С и отгоняют воду до достижения коэффициента.рефракции 1,475, при этом рН становится равным 8,4.
При 60 С вводят 48 г (0.,13 моль) мочевины и конденсируют 30 мин при этой температуре. Полученную смолу охлаждают до 25оС и сливают.
Пример 2. В трехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником, мешалкой и термометром, помещают 600 г (10 моль) мочевины, 323 мл (18 моль) воды, после растворения мочевины при рН 10,5 вводят 224 мл (3,3 моль) 28%-ного водного аммиака (рН 12,8) и 1624 г (20 моль) формальдегида в виде
36,9%-ного водного раствора. Температура поднимается самопроизвольно до 62 С.
Реакционную смесь нагревают до кипения и конденсируют при кипении до достижения вязкости 12,5 с по вис козиметру В3-4 при 20ОС, проверяя рН через каждые 15 мин.
562095
Время, мин рН
0 8,0
15 7,45
30 7,1
45 6,2
90 6,1
120 6,5
150 5,57
Смолу нейтрализуют введением
8%-ного водного раствора едкого натра до рН 6,63, затем ее охлаждают до 60-70 С и отгоняют воду до досо тижения коэффициента рефракции
1,473 при разрежении. Смолу охлаждают до 25ОС и сливают.
Пример 3. В трехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником, мешалкой и термометром, помещают 600 г (10 моль) мочевины, 256 мл (3 моль) 24,5%-ного водного аммиака и 1633 r (20 моль) формальдегида в воде 36,7%-ного водного раствора. Температура поднимается за счет экзотермической реакции до
60 С (рН 9,05, коэффициент рефракции 1,4038).
Смесь нагревают до кипения и кон,денсируют до вязкости 12,5 с по вискозиметру ВЗ-4 при 20 С, проверяя рН через каждые 15 мин.
Время, мин рН
0 7,8
15 7,0
30 6,75
45 6,1
60 5,65
75 5,5
90 5,4
105 5,32
120 5,25
Смолу нейтрализуют введением
8Ъ-ного водного раствора едкого натра до рН 6,9, охлаждают до 60-70 С и отгоняют воду до достижения коэффициента рефракции 1,467. Затем смолу охлаждают до 25 С и сливают.
Пример 3. В трехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником, мешалкой и термометром, помещают 600 г (10 моль) мочевины, 323,1 мл (3,2 моль1 18,4 %-ного водного аммиака, содержащего 1,1 мл
85%-ной муравьиной кислоты и 1734 r
Пример 5. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром, помещают 600 г 10 моль) мочевины и
323 r (18 моль) воды; после растворения мочевины при рН 0,01 вводят 273 г (4 моль1 20Ъ-ного водного аммиака (рН 12,8) и 2050 r (25 моль)
30 формальдегида в виде 36,7%-ного водного раствора. Температура поднимается самопроизвольно до 60ОС. Реакционную смесь нагревают до температуры кипения и конденсируют при
35 кипении до достижения вязкости
12,8 с по вискозиметру ВЗ-4 при 20 С
0 проверяя рН через каждые 15 мин.
Время. мин рН
0 7,6
30 7,15
45 6,2
90 5,8
120 5,5
Нейтрализуют смолу введением
8%-ного водного раствора едкого натра до рН 6,63, охлаждают смолу до 60-70 С и отгоняют воду (при разрежении) до достижения коэффициента рефракции 1,471; затем смолу ох50 25 С и сливают.
Свойства смол, полученных по примерам 1-5 приведены в таблице.
40 (20 моль) формальдегида в виде
34,5Ъ-ного водного раствора. Температура смеси при смешении компонентов самопроизвольно поднимается до
52оС (рН 9,0, коэффициент рефракции
1,403) . Смесь нагревают до температуры кипения и конденсируют при кипении до достижения вязкости 12,0 с по вискозиметру ВЗ-4 при 20ОС, проверяя рН при конденсации:
10 Время, мин рН
0 7,75
15 7,2
30 6,5
50 5,7
5 70 5,0
Смолу нейтрализуют 8Ъ-ным водным раствором едкого натра до рН 6 6, охлаждают до 60-70 С и отгоняют воду при разрежении до достижения коэф-, фициента рефракции 1.476. Полученную смолу охлаждают до 25 С и сливают.
562095
«f Ф «С Х ацх эое 4 Х 1 1 ! 1 I Ф Е мои охо х <
A 4Õ 1 I 1 I ff ах< 4 Осч Э СOZ х Э о K x evzv Э х х х х я а э «f f Ц 19 ао ах э ц э х Р\ «! I 1 I I 1 х I Х э -"с Ц <
Ю << < ж а Cn«f g Ю <-< Ю гЧ Ю Ю О<ОХ оf х Е Х 1сс О О 9 Iffy и nf e g1 сс! о ц-» а ю Ю <-< Ю Ю Ю <О сО! и<ОХ о с х ЭО << ОХ >VI 5f O М v хааа 1Ю сО Ю с сО CO 1 I I 1 1 . I 1 «3 xà, ev1хх ! с 9 Х о Е !с< х о Is 9 1 4,ЦХ I хох аахм Зох о е mvs << CC с» о оц оо Е а 9 э v Х 2 3 с э о Е E u,v I ! 1 I
fо! оц 1 K Z 14 f I хох Охх RBX цох ое СООТГ 1 1 I 1 (I I -а,« Ц L) < fo o;a х О4а,4 mooe о х ец 1 <Ф I М I Ф I х I х 1 9 1 K 1 а 1 9 1 Ц 1 о 1 и f I %-< сО Ю <-< Я < <О с Ю %-< м сО с l I I 1 1 х I, g 1 х 1 Ф I f 1 5X5«f <о ка l 4 Ю М Ю < Ч Ч-< М Ch Р Ю I Н 1 х Ф.о I 3 f< ff 1ООХ 134 1 Э 9 ! ICf Х Ю с <Ч C) с <Ч <О ° << <"1 I 1 ! 1 1 CO М СО Г » f х а - t. I 1 1 1 м м М <с) <О 1 с ае< оэ ехоох цхХ 8@44é I х а а Ф р Х <ч м I о g т.< 1 С<< 1 С
ОСОО с» с д а<.! f fa оею о х<ч I Х Х I Э «f Х ft. o o 1 Х Х С» L I 1 Х <
I . о о х 1 3 4Х I «< Э ххК 1 «f ех х 1 к а о ,
ХХАХ!.Ое A>9ХН ец аofw о ЕО4- о vO Ю а Ю Ю Ю <Ч Ю со <-< СЧ 01 <<Ч < Ч ч-» Ю Ю а Ю GO < Ю Ю М <Л
С0 <О Ю Ю CO I 1 I I ! <Ч с-< М т-« Ч ! т-< сЧ М М %-< % % < \< Ю Ю Ю сО <О О1 со ю М т-1 <ч м <О 01 с < м м М \ Cn < \С< <О Ф 562095 Редактор Л. Письман Техред М.Костик Корректор A. Повх Заказ 6517/2 Тираж .494 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 Из таблицы видно, что карбамидные смолы, полученные по предлагаемому способу, стабильны при хранении, неограниченно смешиваются с водой без коагуляции, имеют небольшое содержание метильных групп и повышенную механическую прочность. Для определения разрушающего напряжения при сжатии отвержденной смо лы и проведения термомеханических испытаний, готовят образцы следующим образом: к 100 г смолы добавляют 10 мл 10%- ного водного раствора щаве.левой кислоты, тщательно перемешивают и выливают в пробирки диаметром 5 12 мм для отверждения. Отвержденные образцы вынимают иэ пробирок и нарезают таблетки высотой 10 мм. Полученные образцы испцтывают по ГОСТ 4651-68.
