способ получения карбамидоформальдегидной смолы

Формула изобретения

Способ получения карбамидоформальдегидной смолы конденсацией карбамида и карбамидоформальдегидного концентрата в несколько стадий в среде с переменной кислотностью при нагревании, отличающийся тем, что конденсацию осуществляют при мольном соотношении карбамида и формальдегида 1 : 1,85, реакционную смесь нагревают до 60 - 70^oС, доводят рН до 8,2 - 8,6 и выдерживают в течение 25 - 30 мин при температуре 70 - 75^oС, затем 20%-ным раствором нитрата аммония доводят рН до 5,2 - 5,4 и выдерживают реакционную смесь 25 - 30 мин при 80 - 82^oС, доводят рН до 7,3 - 7,8, добавляют карбамид до мольного соотношения карбамида и формальдегида 1 : 1,2 - 1,22 и выдерживают реакционную смесь 30 - 40 мин при температуре 55 - 60^oС с последующим доведением рН до 7,5 - 8,5 и понижением температуры до 20^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологиям производства карбамидоформальдегидных смол, используемых для изготовления древесно-стружечных плит, фанеры, столярно-строительных изделий, склеивания деталей мебели.

Известны способы получения карбамидоформальдегидных смол, технология которых заключается в проведении конденсации карбамида и формальдегида в несколько стадий в среде с переменной кислотностью при нагревании. В качестве исходного сырья используются карбамид и водные растворы формальдегида. Для регулирования pH используют водные растворы кислот и щелочей.

Недостатками известных способов являются многостадийность процесса конденсации, наличие сточных вод, использование дефицитных реактивов для плавного регулирования pH. [1. Энциклопедия полимеров. Изд. "Советская энциклопедия". Т. 2, c. 310-315].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения карбамидоформальдегидной смолы конденсацией карбамида и карбамидоформальдегидного концентрата, который содержит 45-65% формальдегида в мольном соотношении карбамида и формальдегида 1:1,6:2,2 при pH 6,0-8,5 и температуре 20-80^oC в течение 0,5-10 часов, затем в кислотной среде при pH 3,5-5,5 при повышении температуры от 70^oC до температуры кипения. Затем pH доводят до 7-9, добавляют карбамид до мольного соотношения 1:1,2-1,6 и выдерживают реакционную смесь 0,5-2 часа при температуре 60-80^oC с последующим понижением температуры в пределах: от 0 до 35^oC [2. Патент RU N 2059663 C1, МКИ C 08 G 12/12, 10.05.96 - прототип].

Недостатками указанного способа являются длительность процесса конденсации, большие энергозатраты и себестоимость готового продукта.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения карбамидоформальдегидной смолы путем проведения конденсации смеси карбамида и кapбaмидoфopмaльдeгиднoгo концентрата (КФК), подбора условий конденсации, обеспечивающих сокращение времени конденсации, снижение энергозатрат и себестоимости готовой продукции.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения карбамидоформальдегидной смолы конденсацией карбамида и карбамидоформальдегидного концентрата в несколько стадий в среде с переменной кислотностью при нагревании, согласно способу, конденсацию осуществляют при мольном соотношении карбамида и формальдегида 1:1,85, редакционную смесь нагревают до 60-70^oC, доводят pH до 8,2-8,6 и выдерживают в течение 25-30 минут при температуре 70-75^oC, затем 20%-ным раствором нитрата аммония доводят pH до 5,2-5,4 и выдерживают реакционную смесь 25-30 минут при 80-82^oC, доводят pH до 7,3-7,8, добавляют карбамид до мольного соотношения карбамида и формальдегида 1: 1,2-1,22 и выдерживают реакционную смесь 30-40 минут при температуре 55-60^oC с последующим доведением pH до 7,5-8,5 и понижением температуры до 20^oC.

Использование КФК по ТУ 113-03-469-80, который содержит высокую концентрацию формальдегида 54-60% (в известном 40%) и воды 16-26% (в известном 60%), причем только 20% формальдегида от его общего количества находится в свободном виде, рациональный подбор соотношения карбамида к формальдегиду и условий конденсации позволяют уменьшить число стадий процесса с семи до четырех, если даже учитывать стадию приготовления КФК, достичь требуемого количества твердой части, что исключает необходимость отгонки воды и устраняет сточные воды, которые загрязнены формальдегидом, при этом достигается низкое содержание свободного формальдегида в смоле, что расширяет область ее применения.

Применение 20%-ного раствора NH₄NO₃ для создания кислой среды в процессе конденсации обеспечивает плавное регулирование pH реакционной среды и позволяет использовать менее токсичное и белее доступное сырье.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В реактор с мешалкой загружают карбамидоформальдегидный концентрат по ТУ 113-03-469-80 с содержанием фольмальдегида 60% карбамида 24%, добавляют обессоленную воду и карбамид, смесь перемешивают до получения однородного раствора, затем смесь нагревают и добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 8,6. Конденсацию карбамида и формальдегида осуществляют в несколько стадий в среде с переменной кислотностью при нагревании, плавное регулирование pH реакционной среды обеспечивают 20%-ным раствором NH₄NO₃.

Пример 1. Используют реактор с мешалкой.

Реакционную смесь перемешивают во время конденсации. В реактор загружают 127 л КФК с содержанием формальдегида 60% и карбамида 24%, добавляют 62,4 л обессоленной воды и 62 кг карбамида, смесь перемешивают до получения однородного раствора, затем смесь нагревают до 70^oC и добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 8,6. Конденсацию ведут 20 минут при 75^oC, при этом наблюдается закисление реакционной массы до рН 6,4. После этого добавляют 20%-ный раствор NH₄NO₃ до рН 5,2, смесь нагревают до 80^oC и ведут конденсацию 25 минут. Добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 7,8 и 42 кг карбамида, охлаждают до 60^oC и конденсацию ведут 30 мин. Добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 8,5, охлаждают до 20^oC. Полученный продукт анализируют. Результаты приведены в таблице 2.

Пример 2. Аналогично примеру 1. В реактор загружают 134 л КФК с содержанием формальдегида 57% и карбамида 22%, добавляют 54,8 л обессоленной воды и 63,4 кг карбамида, смесь перемешивают до получения однородного раствора, затем смесь нагревают до 60^oC и добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 8,2. Конденсацию ведут 30 минут при 70^oC, при этом наблюдается снижение pH 7,0. После этого добавляют 20%-ный раствор NH₄NO₃ до pH 5,4, смесь нагревают до 80^oC и ведут конденсацию 30 минут. Добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 7,3 и 42 кг карбамида, охлаждают до 55^oC и конденсацию ведут 40 мин. Добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 7,5, охлаждают до 20^oC. Полученный продукт анализируют. Результаты приведены в таблице 2.

Пример 3. Аналогично примеру 1. В реактор загружают 141 л КФК с содержанием формальдегида 54% и карбамида 20%, добавляют 42,8 л обессоленной воды и 64,7 кг карбамида, смесь перемешивают до получения однородного раствора, затем смесь нагревают до 65^oC и добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 8,4. Конденсацию ведут 25 минут при 75^oC, при этом наблюдается снижение pH до 6,8. После добавляют 20%-ный раствор NH₄OH₃ до pH 5,3, смесь нагревают до 80^oC и ведут конденсацию 30 минут. Добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 7,5 и 42 кг карбамида, охлаждают до 60^oC и конденсацию ведут 35 мин. Добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 8,0, охлаждают до 20^oC. Полученный продукт анализируют. Результаты приведены в таблице 2.

Пример 4 (контрольный). Аналогично примеру 3. КФК содержит формальдегида 45% и карбамида 18%. Готовый продукт содержит твердой части 57%. Результаты приведены в таблице 1, 2.

Приведенные данные показывают, что по предлагаемому способу процесс имеет четыре стадии, сточные воды отсутствуют, значительно сокращается процесс конденсации, снижаются зергозатраты. Качество готового продукта (см. примеры 1-3, таблица 2) соответствуют требованиям действующих стандартов.

При использовании в способе КФК с содержанием формальдегида и карбамида, ниже требований ТУ 113-03-469-80 (пример 4), готовый продукт содержит твердой части 57%, что ниже требований ГОСТ 14231-88 (Смолы карбамидоформальдегидные). Cледовательно, требуется дополнительная стадия отгонки и появляются сточные воды.

Таким образом, предложенный способ получения карбамидоноформальдегидной смолы позволяет исключить сточные воды, загрязненные формальдегидом, добиться тонкой регулировки pH при создании кислой среды, сократить время конденсации, снизить энергозатраты и себестоимость готовой продукции, получать смолу, удовлетворяющую требованиям действующих стандартов.