Карбамидоформальдегидные полимеры
Основное сырье для карбамидоформальдегидных полимеров — карбамид, меламин, анилин; альдегидным компонентом служит формальдегид.
Карбамид (мочевина) — это амид угольной кислоты, кристаллическое вещество с температурой плавления около 133 °С, хорошо растворимое в воде, хуже — в спирте. Карбамид представляет собой слабое основание и с кислотами образует соли. Он достаточно устойчив при нагревании до температуры плавления, но при более высокой температуре разлагается.
Карбамидоформальдегидные полимеры получают при реакции поликонденсации в водном растворе карбамида с формальдегидом. В зависимости от условий проведения реакции получают водорастворимые вещества, растворимые олигомерные продукты и аморфные нерастворимые полимеры. Направления реакции поликонденсации, а следовательно, и свойства образуемых продуктов зависят от соотношения исходных веществ, концентрации водородных ионов среды рН и температуры.
Механизм образования олигомерных продуктов очень сложен и еще недостаточно изучен. Обычно процесс получения карбамидных олигомеров проводят в среде с переменной рН: сначала в нейтральной или слабощелочной при отношении формальдегида к карбамиду (2...1,5):1; затем, когда образуется достаточное количество метилольных групп, — в слабокислой для ускорения процесса конденсации образуемых на первой стадии метилольных производных карбамида.
Начальные продукты конденсации карбамида с формальдегидом с 45...50 %-ной концентрацией могут быть использованы только в качестве пропиточных растворов. Для получения олигомеров, обладающих лучшими клеящими свойствами, продукты конденсации вакуумируют, при этом более глубоко протекает конденсация исходных иизкомолекулярных продуктов, удаляется часть воды и непрореагировавшего формальдегида, а также метанол и другие продукты.
В отличие от фенолформальдегидных олигомеров, способных отверждаться при нагревании без катализаторов, карбамидоформальдегидные отверждаются только с помощью отвердителей (катализаторов) при комнатной температуре или при нагревании. В качестве катализаторов отверждения используют органические — щавелевую, молочную и др., и неорганические — серную, фосфорную и др. кислоты, а также различные вещества кислотного характера или выделяющие кислоту в растворе клея. Наиболее часто в качестве катализаторов отверждения применяют аммониевые соли сильных кислот и др.
Стабильность карбамидных клеев определяется устойчивостью к желатинизации и выпадению в осадок. В процессе хранения клея в нем происходит дальнейшая поликонденсация по свободным функциональным группам олигомерного составляющего клея, сопровождающаяся увеличением вязкости раствора. Стабильность можно увеличить регулированием рН клея. Максимальная стабильность клея наблюдается при рН 7...7,5. Особенно низкой стабильностью обладают клеи с рН ниже 7, так как в кислой среде поликонденсация карбамидных олигомеров ускоряется.
Для увеличения стабильности к раствору клея добавляют вещества, являющиеся регуляторами рН среды — буру, аммиачную воду, карбамид, меламин. Стабильность клея можно повысить увеличением его концентрации — вакуумированием, а также увеличением содержания свободного и связанного формальдегида. Однако формальдегид обладает токсическими свойствами, поэтому с увеличением его содержания увеличивается токсичность клея, что ухудшает его санитарно-гигиенические характеристики.
Время отверждения влияет на условия применения клея и зависит от природы и количества катализатора (отвердителя), используемого при этом. Скорость отверждения карбамидных клеев можно изменить регулированием температуры и кислотности среды. Наибольшая скорость отверждения наблюдается при рН 2,5...4,0. Влияние содержания катализатора на увеличение скорости отверждения карбамидного клея сказывается до определенной его доли, выше которой скорость практически не изменяется. Чем выше температура выдержки клея перед отверждением, тем больше скорость его отверждения при одинаковых прочих условиях.
Количество свободного формальдегида в олигомере характеризуется его мольной долей и условиями синтеза, поэтому олигомеры, обладающие лучшими физико-механическими свойствами, должны содержать достаточно большое количество свободного формальдегида. Повышенное содержание свободного формальдегида в клее нежелательно из-за его токсичности. Это противоречие частично разрешается синтезом карбамидных олигомеров, многоступенчатой конденсацией исходных продуктов, когда начинают процесс при мольном количестве формальдегида 1,8...2,2 и заканчивают при мольном отношении формальдегида 0,9...1,2 на 1 моль карбамида. При таком способе синтеза удается снизить содержание свободного формальдегида в клее до 0,05...0,15 % без существенного ухудшения его физико-механических характеристик. Существуют и другие способы снижения свободного формальдегида в клее, например, добавление в него некоторых веществ — карбамида, аммиака, меламина, Различных аминов.
Применение карбамидоформальдегидных смол в качестве клеев, связующих и пропиточных составов
Карбамидоформальдегидные полимеры в больших объемах применяют в производствах древесно-стружечных плит, мебели, синтетического шпона, слоистых пластиков, а также при облицовывании древесных материалов, склеивании древесных изделий и конструкций. Карбамидоформальдегидные полимеры имеют высокую скорость отверждения. В отвержденном состоянии не имеют запаха, бесцветны, стойки к воздействию окружающей среды, обладают хорошей биологической стойкостью. К недостаткам таких полимеров следует отнести малую водостойкость, невысокую термо- и теплостойкость и токсичность.
В производстве древесно-стружечных плит используют жидкие связующие. Важное значение в технологическом процессе имеет вязкость связующего, которая составляет 15...40 по ВЗ-4. Благодаря высокой скорости отверждения карбамидоформальдегидных связующих они нашли широкое распространение в производстве древесно-стружечных плит. Время прессования плит на карбамидном связующем в технологическом процессе равно 0,25...0,4 мин на 1 м толщины, в то время как на фенольном клее — 0,5...0,6 мин/мм толщины.
В производстве древесно-стружечных плит должны использоваться карбамидные связующие, не содержащие свободного формальдегида или содержащие незначительное его количество, так как свободный формальдегид выделяется не только при изготовлении, но и при эксплуатации плит. Для снижения выделения формальдегида из готовых плит их покрывают лаками или облицовывают различными материалами.
Жизнеспособность связующего с отвердителем должна быть не ниже 5...7 ч, а при раздельном нанесении связующего и отвердителя — не ниже 1.5...2 ч.
Плитные материалы изготавливают с применением карбамидоформальдегидных смол, полученных периодическим способом в цехах смол на плитных предприятиях или непрерывным способом на химических предприятиях. В промышленности используется большой ассортимент смол марок КФ-МТ; КФ-МТ (БП); КФ-МТ-ПС; КФ-МТ-15; КФ-МТ-05; КФ-НП; КФ-ЕС; КФ-А; СК-75 и другие.
Смолы отличаются мольным соотношением карбамида и формальдегида, содержанием сухих веществ, временем желатинизации (отверждения), растворимостью в воде, вязкостью и содержанием свободного формальдегида. Различаются смолы и по назначению — для поддоного и бесподдонного способа изготовления плит. Существенно различаются используемые смолы по санитарно-химическим характеристикам. Стремление производителей снизить токсичность плит.
Загрузка ...