СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ
METHOD OF PRODUCING UREA FORMALDEHYDE RESIN

Изобретение относится к технологии производства карбамидоформальдегидной смолы, используемой для изготовления древесностружечных и древесноволокнистых плит, фанеры, столярно-строительных изделий, склеивания деталей мебели.
Известен способ получения карбамидоформальдегидных смол (патент RU 2169740 C1, C08G 12/12), включающий ступенчатую конденсацию карбамида и формальдегида в средах с переменной кислотностью - сначала в щелочной, а затем в кислой среде, при нагревании, в присутствии модифицирующего агента, содержащего полиэтиленполиамин, на стадии конденсации в кислой среде и дополнительным введением карбамида на конечной стадии конденсации, отличается тем, что в качестве модифицирующего агента, содержащего полиэтиленполиамин, используют 40-45%-ный раствор полиэтиленполиамина в 20%-ной серной кислоте в количестве 25% от массы карбамида, используемого на конденсацию, процесс осуществляют при начальном и конечном мольном соотношении карбамида и формальдегида 1:(2,2-2,35) и 1:(2,0-2,2) соответственно, причем конденсацию в щелочной среде проводят при величине pH 8,5-9,1 в течение 30 мин при температуре 74-78°C, а конденсацию в кислой среде проводят при величине pH 4,2-6,1 и при температуре 70-80°C. Мольное соотношение формальдегид-карбамид - это отношение общего количества формальдегида к суммарному количеству карбамида в смоле. К недостаткам данного способа относятся: необходимость предварительной подготовки и использования сернокислого раствора полиэтиленполиамина, что осложняет проведение процесса; низкие значения pH (вплоть до 4,2) при проведении стадии кислой конденсации, что повышает риск отверждения смолы во время синтеза вследствие очень быстрого протекания кислой поликонденсации (за счет низкого pH); использование сернокислых растворов ведет к коррозии аппаратуры.
Кроме того, известен способ получения карбамидоформальдегидной смолы (Патент RU 2305685 С2) путем конденсации карбамида и карбамидоформальдегидного концентрата в водном растворе в несколько стадий в среде с переменной кислотностью при заданном температурном режиме, включающий слабощелочную конденсацию при мольном соотношении формальдегида и карбамида (1,8-2,2):1 в температурном диапазоне 20-95°C при pH 7,3-8,6, выдержку конденсационного раствора в течение 10-20 мин при температуре 88-95°C, охлаждение продукта слабощелочной конденсации до температуры 83-87°C, подкисление конденсационного раствора до pH 5,0-5,6, поликонденсацию реакционной массы в кислой среде, нейтрализацию до pH 7,0-8,5 с одновременным охлаждением до 70-75°C, доконденсацию реакционной массы с дополнительным вводом карбамида до конечного мольного соотношения формальдегида к карбамиду (1,1-1,3):1, охлаждение и фасовку готовой смолы, отличающийся тем, что поликонденсацию реакционной массы в кислой среде проводят до достижения заданного показателя предельной смешиваемости с водой от 1:6 до 1:3, при этом кислую стадию поликонденсации завершают при достижении вязкости реакционной массы в диапазоне от 90 до 180 сек, доконденсацию проводят с вводом карбамида не менее чем в два этапа при мольном соотношении формальдегида к карбамиду (1,2-1,45):1 после загрузки первой дополнительной порции карбамида. Данный способ выбран в качестве прототипа.
К недостаткам этого способа относятся: повышенное содержание формальдегида в синтезируемой смоле вследствие проведения доконденсации с карбамидом до достижения мольного соотношения формальдегид/карбамид 1,25:1 и выше.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является снижение содержания свободного формальдегида в готовой карбамидоформальдегидной смоле и древесностружечной плите на ее основе.
Данная задача решается тем, что, как и в прототипе, карбамидоформальдегидную смолу получают путем конденсации карбамида и карбамидоформальдегидного концентрата в водном растворе в несколько стадий в среде с переменной кислотностью, при этом осуществляют слабощелочную конденсацию при мольном соотношении формальдегида и карбамида (1,8-2,2):1 в температурном диапазоне 20-95°C и при pH 7,2-9,2; выдержку конденсационного раствора в течение 10-20 мин при температурах 85-99°C, подкисление конденсационного раствора до pH 4,7-5,5; поликонденсацию реакционной массы в кислой среде, нейтрализацию до pH 7,5-8,5 с одновременным охлаждением до 70-75°C, доконденсацию реакционной массы с дополнительным вводом карбамида до конечного мольного соотношения формальдегида к карбамиду (1,0-1,25):1, охлаждение и фасовку готовой смолы. Способ отличается тем, что для подкисления конденсационного раствора добавляют водный раствор глиоксаля с концентрацией основного вещества не более 50% (мас.) в количестве 1-20% в пересчете на формальдегид.
Добавка водного раствора глиоксаля способствует связыванию свободного формальдегида в синтезированной карбамидоформальдегидной смоле. Это достигается за счет образования производных, содержащих гидроксильные и эфирные связи.
Необходимость использования водного раствора глиоксаля с концентрацией основного вещества не более 50% (мас.) обусловлена тем, что растворы глиоксаля с более высокой концентрацией обладают высокой вязкостью, и их использование приводит к большим потерям вследствие низкой текучести и высокой адгезии к внутренней поверхности технологических емкостей.
В дальнейшем способ поясняется примерами.
Пример 1. Получение карбамидоформальдегидной смолы с пониженной эмиссией формальдегида.
В реактор загружают 2186 кг воды и 7091 кг карбамидоформальдегидного концентрата (КФК) с содержанием формальдегида 60%, карбамида 25%, остальное - вода, уровень pH 7,7. Затем раствор нагревают до 30°C. Смесь перемешивают до получения однородного раствора и загружают в смесь последовательно раствор гидроксида натрия до уровня pH 8,7 и 2280 кг карбамида до достижения мольного соотношения формальдегида к карбамиду 2,10. Нагревают реакционную массу до температуры 90°C в течение часа так, чтобы смесь стала прозрачной, проводят конденсацию в течение 20 мин, нагревают продукт слабощелочной конденсации до температуры 95-99°C, вводят водный раствор глиоксаля 40% (мас.) до достижения pH 5,0. Проводят поликонденсацию в кислой среде до достижения показателя смешиваемости 1:4, охлаждают реакционный раствор до температуры 91°C с одновременной нейтрализацией 15% (мас.) раствором гидроксида натрия до pH 8,2; перемешивают в течение 15 минут и охлаждают до 73°C; загружают 3013 кг карбамида в течение 10 мин до достижения мольного соотношения формальдегида и карбамида 1,268.
Пример 2. Аналогично примеру 1.
В реактор загружают 146 г воды и 485 г карбамидоформальдегидного концентрата (КФК) с содержанием формальдегида 60%, карбамида 25%, остальное - вода, уровень pH 8,0. Затем раствор нагревают до 30°C. Смесь перемешивают до получения однородного раствора и загружают в смесь последовательно раствор гидроксида натрия до уровня pH 8,8 и карбамид до достижения мольного соотношения формальдегида к карбамиду 2,095. Нагревают реакционную массу до температуры 92°C в течение часа так, чтобы смесь стала прозрачной, проводят конденсацию в течение 15 мин, нагревают продукт слабощелочной конденсации до температуры 95-99°C, вводят водный раствор глиоксаля (40% мас.) до достижения pH 4,9. Проводят поликонденсацию в кислой среде до достижения показателя смешиваемости 1:4, охлаждают реакционный раствор до температуры 90°C с одновременной нейтрализацией 15% (мас.) раствором гидроксида натрия до pH 8,1. Перемешивают реакционную смесь в течение 15 минут и охлаждают до 75°C; загружают карбамид в течение 10 мин до достижения мольного соотношения формальдегида и карбамида 1,266.
Полученные таким образом карбамидоформальдегидные смолы отличаются несколько сниженным содержанием формальдегида.
Таким образом, из представленных примеров видно, что:
добавка водного раствора глиоксаля (с концентрацией основного компонента не более 50% мас.) в карбамидоформальдегидную смолу приводит к снижению концентрации свободного формальдегида в готовой карбамидоформальдегидной смоле и уменьшению эмиссии формальдегида из готовой древесностружечной плиты;
загрузка карбамида на стадии доконденсации проходит в один этап, что уменьшает количество технологических операций, по сравнению с прототипом, где загрузка карбамида на стадии доконденсации проводится минимум в два этапа. При этом в прототипе массовая доля формальдегида в смоле и эмиссия формальдегида из древесностружечной плиты выше по сравнению с приведенными примерами.