СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНОГО ОЛИГОМЕРА
METHOD OF PRODUCTION OF UREA-FORMALDEHYDE OLIGOMER

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано при изготовлении карбамидоформальдегидного олигомера, применяемого при производстве древесно-стружечных плит. Известен способ изготовления карбамидоформальдегидного олигомера, при котором исходные продукты анализируют на содержание основных веществ, нейтрализуют, а затем загружают в емкость для изготовления реакционного раствора, откуда реакционная смесь самотеком через дозатор поступает в реактор. После заполнения реактора реакционной смесью включают обратный холодильник и в рубашку реактора подают пар. Реакционную смесь нагревают до 55-60°C, после чего додачу пара прекращают, а смесь за счет тепла, выделяемого при реакции, нагревают до 80-85°C. При этой температуре реакцию ведут необходимое время при заданном значении рН среды до требуемой вязкости раствора. Затем реакционную смесь охлаждают до 65-70°C, нейтрализуют, переводят обратный холодильник на прямой и включают вакуум насос. Вакуум-сушку производят при остаточном давлении в аппарате 0,04 МПа. В этот период необходимо следить, чтобы не произошло перебрасывание раствора олигомера через конденсатор в приемник конденсата. Процесс сушки контролируют по количеству образовавшегося конденсата, рН среды и показателю преломления и заканчивают по достижении конденсации олигомера, равной 60-70%. Раствор охлаждают до 25-30°C, стабилизируют аммиачной водой в аппарате и через фильтр сливают в сборник готовой продукции (См. Азаров В.И., Цветков В.Е. Технология связующих и полимерных материалов: Учебное пособие для вузов. - М.: Лесн. пром-ть, 1985. - 216 с; стр. 61-62).
Наиболее близким технологическим решением является способ изготовления карбамидоформальдегидного олигомера, включающий загрузку формалина, его нейтрализацию до рабочего значения концентрации ионов водорода, загрузку карбамида, хлорида аммония, нагрев реакционной смеси, выдержку (См. В.Е. Цветков и др. Полимеры в производстве древесных материалов: практикум. Москва, ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. - 55 стр: с. 16).
Недостатками известных решений является недостаточное снижение токсичности олигомера и полученной с использованием этого олигомера древесно-стружечной плиты.
Задача, решаемая заявленным изобретением, заключается в снижении токсичности, при улучшении физико-механических показателей плит.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе изготовления карбамидоформальдегидных олигомеров, включающего загрузку формалина, его нейтрализацию до рН 7,0-7,5 модификатором-катализатором на основе соли полифункциональной кислоты, введение карбамида, после растворения карбамида при необходимости снижение рН до 6,8-7,2 хлористым аммонием, с последующим нагревом до 90-92C° и выдержкой в течение 30 мин, с последующим снижением рН смеси раствором хлористого аммония до 4,2-4,5 и выдержкой при 90-92C° при перемешивании в течение 30 мин, охлаждением до 60-65C°, доведением рН до 6,7-7,0, добавлением при перемешивании катализатора-модификатора на основе соли полифункциональной кислоты, введение карбамида и выдержку при 60-65C° при перемешивании в течение 30 мин с получением олигомера и его нейтрализацией модификатором-катализатором на основе соли полифункциональной кислоты до рН 8,0-8,5, согласно изобретению в качестве модификатора-катализатора на основе соли полифункциональной кислоты используют получаемый путем смешивания едкого натра или калия, молочной или винной кислоты и воды, при соотношении компонентов:
Едкий натр или калий
13-15
Кислота молочная или винная
16-19
Вода
68-69
Техническая сущность заявленного изобретения заключается в том, что при синтезе карбамидоформальдегидных олигомеров для нейтрализации формалина используют щелочь, в частности NaOH. Предварительная обработка формалина катализатором-модификатором на основе солей полифункциональных кислот снижает количество свободного формальдегида в карбамидоформальдегидных олигомерах, и, следовательно токсичность древесно-стружечных плит на их основе.
Изобретение поясняется следующими примерами.
Пример 1
Путем смешивания 10 массовых частей едкого натра, 21 массовой части лимонной кислоты и 69 массовых частей воды получаем катализатор-модификатор на основе соли полифункциональной кислоты.
Затем 135 массовых частей формалина загружают в реакционную колбу, измеряют рН формалина с помощью рН-метра, доводят рН с помощью модификатора-катализатора на основе соли полифункциональной кислоты до величины 7,0-7,5, вводят 50 массовых частей карбамида (основная загрузка). Включают мешалку и нагрев водяной бани. После полного растворения карбамида при температуре 40-50°C проверяют рН, значение которого должно быть в пределах 6,8-7,2. При необходимости снижения рН добавляют по каплям хлористый аммоний. Продолжают нагрев до 90÷92°C и выдерживают в течение 30 минут. Перед окончанием первой стадии синтеза проверяют рН реакционного раствора (в пределах 6,5-7,0). Вторую стадию проводят в кислой среде. Для этого рН смеси снижают раствором хлористого аммония до 4,2-4,5 и выдерживают при 90-92°C, перемешивая в течении 30 минут. Охлаждают систему до 60-65°, доводя рН до 6,7-7,0 добавлением по каплям катализатор-модификатор на основе соли полифункциональной кислоты, не прекращая перемешивание. Вводят 27 массовых частей карбамида. Реакционную систему выдерживают при 60-65° и работающей мешалке в течение 30 минут. Полученный олигомер концентрируют путем упаривания в вытяжном шкафу в фарфоровой чашке и при тщательном перемешивании до показателя преломления 1,460-1,467, определяемого с помощью рефрактометра. Концентрированный олигомер охлаждают до 25-30°С, нейтрализуют катализатором-модификатором на основе соли полифункциональной кислоты до pH 8,0-8,5. Готовый олигомер сливают в емкость для хранения. Сравнительные свойства карбамидоформальдегидных олигомеров приведены в таблице 1.
Пример 2
Путем смешивания 15 массовых частей едкого натра, 16 массовых частей молочной кислоты и 69 массовых частей воды получаем катализатор-модификатор на основе соли полифункциональной кислоты.
Затем 135 массовых частей формалина загружают в реакционную колбу, измеряют pH формалина с помощью pH-метра, доводят pH с помощью модификатора-катализатора на основе соли полифункциональной кислоты до величины 7,0-7,5, вводят 50 массовых частей карбамида (основная загрузка). Включают мешалку и нагрев водяной бани. После полного растворения карбамида при температуре 40-50°С проверяют pH, значение которого должно быть в пределах 6,8-7,2. При необходимости снижения pH добавляют по каплям хлористый аммоний. Продолжают нагрев до 90÷92°С и выдерживают в течение 30 минут. Перед окончанием первой стадии синтеза проверяют pH реакционного раствора (в пределах 6,5-7,0). Вторую стадию проводят в кислой среде. Для этого pH смеси снижают раствором хлористого аммония до 4,2-4,5 и выдерживают при 90-92°С, перемешивая в течение 30 минут. Охлаждают систему до 60-65°, доводя pH до 6,7-7,0 добавлением по каплям катализатор-модификатор на основе соли полифункциональной кислоты, не прекращая перемешивание. Вводят 27 массовых частей карбамида. Реакционную систему выдерживают при 60-65° и работающей мешалке в течение 30 минут. Полученный олигомер концентрируют путем упаривания в вытяжном шкафу в фарфоровой чашке и при тщательном перемешивании до показателя преломления 1,460-1,467, определяемого с помощью рефрактометра. Концентрированный олигомер охлаждают до 25-30°С, нейтрализуют катализатором-модификатором на основе соли полифункциональной кислоты до pH 8,0-8,5. Готовый олигомер сливают в емкость для хранения.
Сравнительные свойства карбамидоформальдегидных олигомеров приведены в таблице 1.
Пример 3
Путем смешивания 13 массовых частей едкого калия, 19 массовых частей винной кислоты и 68 массовых частей воды получаем катализатор-модификатор на основе соли полифункциональной кислоты.
Затем 135 массовых частей формалина загружают в реакционную колбу, измеряют pH формалина с помощью pH-метра, доводят pH с помощью модификатора-катализатора на основе соли полифункциональной кислоты до величины 7,0-7,5, вводят 50 массовых частей карбамида (основная загрузка). Включают мешалку и нагрев водяной бани. После полного растворения карбамида при температуре 40-50°С проверяют pH, значение которого должно быть в пределах 6,8-7,2. При необходимости снижения pH добавляют по каплям хлористый аммоний. Продолжают нагрев до 90÷92°С и выдерживают в течение 30 минут. Перед окончанием первой стадии синтеза проверяют pH реакционного раствора (в пределах 6,5-7,0). Вторую стадию проводят в кислой среде. Для этого pH смеси снижают раствором хлористого аммония до 4,2-4,5 и выдерживают при 90-92°С, перемешивая в течение 30 минут. Охлаждают систему до 60-65°, доводя pH до 6,7-7,0 добавлением по каплям катализатор-модификатор на основе соли полифункциональной кислоты, не прекращая перемешивание. Вводят 27 массовых частей карбамида. Реакционную систему выдерживают при 60-65° и работающей мешалке в течение 30 минут. Полученный олигомер концентрируют путем упаривания в вытяжном шкафу в фарфоровой чашке и при тщательном перемешивании до показателя преломления 1,460-1,467, определяемого с помощью рефрактометра. Концентрированный олигомер охлаждают до 25-30°С, нейтрализуют катализатором-модификатором на основе соли полифункциональной кислоты до pH 8,0-8,5. Готовый олигомер сливают в емкость для хранения.
Сравнительные свойства карбамидоформальдегидных олигомеров приведены в таблице 1.
Пример 4
Путем смешивания 14 массовых частей едкого калия, 16 массовых частей лимонной кислоты и 70 массовых частей воды получаем катализатор-модификатор на основе соли полифункциональной кислоты.
Затем 135 массовых частей формалина загружают в реакционную колбу, измеряют pH формалина с помощью pH-метра, доводят pH с помощью модификатора-катализатора на основе соли полифункциональной кислоты до величины 7,0-7,5, вводят 50 массовых частей карбамида (основная загрузка). Включают мешалку и нагрев водяной бани. После полного растворения карбамида при температуре 40-50°С проверяют pH, значение которого должно быть а пределах 6,8-7,2. При необходимости снижения pH добавляют по каплям хлористый аммоний. Продолжают нагрев до 90÷92°С и выдерживают в течение 30 минут. Перед окончанием первой стадии синтеза проверяют pH реакционного раствора (в пределах 6,5-7,0). Вторую стадию проводят в кислой среде. Для этого pH смеси снижают раствором хлористого аммония до 4,2-4,5 и выдерживают при 90-92°С, перемешивая в течении 30 минут. Охлаждают систему до 60-65°, доводя pH до 6,7-7,0 добавлением по каплям катализатор-модификатор на основе соли полифункциональной кислоты, не прекращая перемешивание. Вводят 27 массовых частей карбамида. Реакционную систему выдерживают при 60-65° и работающей мешалке в течение 30 минут. Полученный олигомер концентрируют путем упаривания в вытяжном шкафу в фарфоровой чашке и при тщательном перемешивании до показателя преломления 1,460-1,467, определяемого с помощью рефрактометра. Концентрированный олигомер охлаждают до 25-30°С, нейтрализуют катализатором-модификатором на основе соли полифункциональной кислоты до pH 8,0-8,5. Готовый олигомер сливают в емкость для хранения.
Сравнительные свойства карбамидоформальдегидных олигомеров приведены в таблице 1.
Таким образом, изобретение позволяет получить малотоксичные карбамидоформальдегидные олигомеры.
Таблица 1
Сравнительные свойства карбамидоформальдегидных олигомеров
Свойства олигомеров
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Ближайший аналог
Содержание сухого остатка при 105°С, %
66
68
65
67
66±2
Водородный показатель, ед. pH
7,4
7,3
7,7
7,5
7,3
Вязкость условная по В3-4 при 20°С
89
91
90
93
95
Содержание свободного формальдегида, %
0,12
0,15
0,11
0,12
0,30
Время желатинизации при 100°, сек
45
46
44
49
53