Получение мочевиноформальдегидных смол
Закономерности процесса поликонденсации мочевины с формальдегидом. Получение мочевиноформальдегидных смол основано на процессах поликонденсации.
Направление реакции поликонденсации и свойства образующихся продуктов зависят от условий процесса, соотношения исходных веществ, концентрации водород ных ионов, температуры, продолжительности конденсации и условий последующей обработки.
Под влиянием отвердителей или тепла мочевинные смолы переходят в неплавкое и нерастворимое состояние. Подобно фенолформальдегидным смолам резольного типа продукты поликонденсации мочевины с формальдегидом в процессе отверждения претерпевают три стадии превращения — начальную А, промежуточную В и конечную С.
Однако клеевые соединения из карбамидных смол проявляют значительно меньшую устойчивость к нагреванию и одновременному воздействию влаги, чем соединения на основе фенолформальдегидных смол.
Соотношение исходных веществ — мочевины и формальдегида при синтезе мочевиноформальдегидных смол меняется в зависимости от назначения смолы и способа ее конденсации.
При взаимодействии мочевины с недостаточным количеством формальдегида образуются вещества, которые не обладают клеящими свойствами. При избытке формальдегида большее его количество вступает в реакцию с мочевиной и одновременно возрастает содержание свободного формальдегида в готовом продукте.
Соотношения мочевины и формальдегида для смол, применяемых в деревообрабатывающей промышленности, находятся в пределах от 1:1,5 до 1:2.
Исключительно важную роль при получении карбамидных смол имеет рН реакционной среды. В зависимости от величины рН меняются скорость и глубина процесса поликонденсации, а также свойства готового продукта.
Температура оказывает большое влияние на реакцию поликонденсации мочевины с формальдегидом. С повышением температуры реакции до 80—90°С образуются более сложные смолообразные соединения, содержащие меньше свободного формальдегида и быстрее отверждающиеся. В промышленности клеящие карбамидные смолы получают преимущественно при температуре 80— 100°С.
Продукты конденсации мочевины с формальдегидом содержат обычно 45—50% сухих веществ. Такие смолы мало пригодны для склеивания слоистой древесины вследствие недостаточной концентрации, низкой вязкости и большой пропитывающей способности. Чтобы повысить степень конденсации, концентрацию и вязкость, такие смолообразные вещества подвергают частичному обезвоживанию под вакуумом.
Производство мочевиноформальдегидных смол
Получают мочевиноформальдегидные смолы периодическим и непрерывным методами.
Технологический процесс производства карбамидных смол в аппаратах периодического действия состоит из следующих основных операций: подготовки исходного сырья, получения начальных продуктов конденсации и получения смол определенной концентрации.
Мочевину и формалин, а также катализаторы подвергают предварительному анализу в соответствии с действующими стандартами. На основе результатов анализа рассчитывают производственную рецептуру данного вида мочевиноформальдегидной смолы. Для более быстрого взаимодействия с формальдегидом мочевину предварительно измельчают. Основное сырье — мочевину и формалин — дозируют только весовым методом, катализаторы в виде водных растворов — по объему мерными сосудами.
Схема технологического процесса получения мочевиноформальдегидных смол показана на рис. 53. Формалин подают из хранилища по трубопроводу в напорный сборник 9, откуда он самотеком поступает в весовой мерник 8, а затем в реактор 1.
Рис. 53. Технологическая схема производства мочевиноформальдегидных смол: 1 — реактор, 2 — холодильник, 3 — вакуум-насос, 4 — вакуум-сборники, 5 — сборник готовой смолы, 6 — дробилка мочевины, 7 — элеватор, 6 — весовой мерник формалина, 9 — напорный сборник формалина, 10 — сборник аммиачной воды, 11 — весовой мерник аммиачной воды, 12— весовой мерник мочевины
Мочевину измельчают в дробилке 6 и элеватором 7 подают в весовой мерник 12, из которого она через бун кер загружается в реактор.
При включенном обратном холодильнике 2 в паровую рубашку реактора подают пар. Реакционную смесь постепенно нагревают до нужной температуры. Слишком быстрое нагревание реакционной смеси вследствие экзотермичности реакции может привести к вскипанию конденсируемой массы и выбросу ее через загрузочный люк, поэтому обычно реакционную смесь нагревают лишь до 50—55° С, после чего подачу пара прекращают. До 75— 85° С и выше температура реакционной смеси повышается за счет тепла, выделяющегося в процессе реакции. Эта температура поддерживается определенное время, в течение которого контролируется значение рН среды.
Чтобы получить смолу с 60—70%-ным содержанием сухих веществ, ее охлаждают до 70°. Одновременно с охлаждением герметично закрывают крышку загрузочного люка реактора и переключают холодильник с обратного действия на прямое, после чего включают вакуум насос 3. За первые 10—15 мин по мере увеличения разрежения масса бурно вскипает и вспенивается. В этот период регулируют вакуум таким образом, чтобы не допустить переброса смолы через конденсатор в вакуум сборники 4 конденсата. Вакуум-сушку смолы ведут при температуре 65—70°С.
При вакуум сушке смолы пары воды, метанола и формальдегида из реактора поступают в конденсатор, соединенный с вакуум-насосом, а затем в вакуум-сборник. Поступающие в конденсатор по трубам сверху вниз пары воды, метанола и формальдегида охлаждаются водой, протекающей в межтрубном пространстве снизу вверх.
Интенсивность вакуум-сушки зависит от температуры сушки, температуры охлаждающей воды, поступающей в конденсатор, а также от величины поверхности охлаждения конденсатора. Процесс вакуум-сушки контролируется по показателям рН среды и коэффициента рефракции. Полученная по окончании вакуум-сушки смола 60—70%-ной концентрации охлаждается до 20—30° С. При необходимости она стабилизируется аммиачной водой, поступающей из сборника 10 и мерника 11, а затем сливается через фильтр в сборники 5 готовой смолы.
Непрерывное производство мочевиноформальдегидных смол по газофазному способу основано на применении газообразного формальдегида вместо формалина.
