способ получения водорастворимой ацетоноформальдегидной смолы

Формула изобретения

Способ получения водорастворимой ацетоноформальдегидной смолы путем конденсации ацетона и формальдегида в мольном соотношении 1:2, осуществляемый при температуре 40-45°С в присутствии щелочного катализатора – 5%-ного водного раствора едкого натра, который подают в один прием, затем создают разрежение, проводят сушку и охлаждение смолы, отличающийся тем, что щелочной катализатор предварительно растворяют в формальдегиде, конденсацию проводят при рН 11,0-11,5 - 7,0-7,5, сушат смолу при 55-60°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии производства низкомолекулярных ацетоноформальдегидных смол, которые находят все более широкое применение в различных областях: для строительных материалов, в частности, как связующее: клеевых композиций различного назначения, в полимербетонах, изоляционных материалах, пенопластах, абразивных инструментах и др.

Известны способы получения водорастворимой ацетоноформальдегидной смолы, технология которых заключается в проведении процесса поликонденсации ацетона и формальдегида в присутствии 1,6% щелочи при температуре 70-90°С с подачей катализатора в один прием [1. Патуроев В.В. Полимербетоны. НИИ бетона и железобетона: Стройиздат. 1987, с.23-25].

При этом трудно регулируется экзотермический процесс и получают смесь моно-, ди-, триметилолацетон.

Известен способ получения водорастворимой ацетоноформальдегидной смолы конденсацией ацетона с формальдегидом в присутствии щелочного катализатора при нагревании. В качестве катализатора используют двузамещенный фосфорно-кислый калий в количестве 0,02-0,03 молей на 1 моль формальдегида, конденсацию ведут в три стадии при температурах соответственно 30±2°С, 40 ±2°С 50±2°С с изменением рН среды от 9,0 до 10,0 при ступенчатом введении катализатора. Смола используется в качестве добавки к клею для производства фанеры [2. А.с. №1310405, СССР, МКИ C 08 G 6/02, БИ 1987, №18].

Наиболее близкий способ получения водорастворимой ацетоноформальдегидной смолы осуществляют путем конденсации ацетона и формальдегида при мольном соотношении 1:2 или 1:3, конденсацию проводят в присутствии щелочного катализатора при нагревании, синтез проводят при постоянном рН среды 9,8-11,3 и постоянной температуре 40-50°С при непрерывном введении катализатора в виде 5-10%-ного водного раствора едкого натра. Нейтрализуют смесь 5% раствором соляной кислоты до рН среды 7,0-7,5, создают разрежение 0,9 атм и сушат в три этапа при 46-65°С [3. А.с. №366208, СССР, МКИ С 08 G 37/02, БИ 1973, №7].

Смола получается неоднородной по составу, окраска нестабильна: бесцветная, светло-желтая или желтая, с недостаточно высоким выходом (особенно, в аналоге).

В основу изобретения способ получения водорастворимой ацетоноформальдегидной смолы поставлена задача усовершенствования условий конденсации, обеспечивающих более высокий выход продукта с улучшенными качественными характеристиками путем подбора условий: ввода катализатора, его концентрации, молярного соотношения исходных компонентов, температурного режима, рН среды, без проведения нейтрализации.

Поставленная задача достигается в способе получения водорастворимой ацетоноформальдегидной смолы путем конденсации ацетона и формальдегида в мольном соотношении 1:2, осуществляемой при температуре 40-45°С в присутствии щелочного катализатора - 5% водного раствора едкого натра, который подают в один прием, затем создают разрежение, проводят сушку и охлаждение смолы, по изобретению, щелочной катализатор предварительно растворяют в формальдегиде, конденсацию проводят при рН от 11,0-11,5 до 7,0-7,5, сушат смолу при 55-60°С.

Мольное соотношение ацетона и формальдегида 1:2 позволяет получать полимер строго линейной, регулярной структуры, снижается вероятность образования тримерных структур, метиленэфирные звенья способствуют более строгому молекулярному распределению ацетона и формальдегида. Температурный режим 40-45°С конденсации обеспечивает стабильность проведения процесса. Согласно схеме реакции формальдегид “атакует” ацетон. Чем больше формальдегида, тем вероятность экзотермического разогрева больше, что влечет за собой необходимость дополнительного охлаждения. Предлагаемый температурный режим и мольное соотношение позволяют избежать экзотермии, обеспечивают регулирование структуры полимера, снижается влияние окрашенных продуктов осмоления, улучшается качество продукта, внешний вид.

Катализатор подается одной порцией (5% раствор NaOH) и растворяется в формалине, что не требует введения дополнительных количеств щелочного катализатора, облегчает проведение конденсации, позволяет в течение процесса конденсации стабилизировать рН среды (11,0-11,5). Эти условия обеспечивают получение однородных продуктов, увеличивают селективность формальдегида (снижается протекание реакции Канницаро, образование муравьиной кислоты). К концу конденсации (синтеза) рН самопроизвольно понижается до 7,5-7,0, что, в свою очередь, не требует проведения нейтрализации кислотой: снижаются затраты на сушку, наличие примесей минимально, улучшается качество смолы.

Из уровня техники не известно техническое решение с заявляемой совокупностью существенных признаков.

Осуществление известного способа (по прототипу) с использованием предлагаемых условий для катализатора синтеза 6-10% водного раствора едкого натра не позволило получить готовый продукт высокого качества. В этом случае требуются дополнительные исследования для наработки оптимальных условий.

Способ осуществляют следующим образом: в реактор, снабженный мешалкой с гидрозатвором, обратным холодильником, загружают расчетное количество формальдегида и ацетона в мольном соотношении 1:2. Причем 5% раствором едкого натра, используемым в качестве катализатора процесса конденсации, “защелачивают” формальдегид.

Примеры 1-3. В реактор загружают 151,7 г ацетона и 250,9 г щелочного раствора формалина с содержанием 31% формальдегида, “защелоченного” добавлением 25,5-30,0 мл катализатора - 5% раствора едкого натра до рН 11-11,5, реакционную смесь перемешивают. Такой способ подачи катализатора обеспечивает конденсацию при постоянной температуре 40-45°С в течение 4-х часов. К концу процесса рН снижается до 7,5-7,0. Затем создают разрежение 420 мм рт.ст. и сушат смолу 4 часа при температуре 55-60°С. Высушенный продукт охлаждают (при необходимости фильтруют) и анализируют. Результаты представлены в таблице.

Пример 4 (прототип). Способ осуществляют аналогично описанию [2]. Результаты представлены в таблице.

Пример 5 (аналог).

Способ осуществляют аналогично описанию [3]. Результаты представлены в таблице.

Приведенные примеры 1-3 показывают, что качество готового продукта, полученного по предлагаемому способу, выше прототипа (пример 4) и аналога (пример 5), характеризуется: однородностью, стабильностью состава и внешнего вида, повышенным выходом. Способ упрощается и удешевляется, так как отсутствует процесс нейтрализации.

Таким образом, предлагаемый способ получения водорастворимой ацетоноформальдегидной смолы позволяет получить продукт с улучшенными качественными характеристиками.