19Uchinchi renessans yosh olimlari: zamonaviy vazifalar,
innovatsiya va istiqbol Young Scientists of the Third Renaissance: Current Challenges, Innovations and Prospects
СИНТЕЗ И МОДИФИКАЦИЯ МЕЛАМИН-ФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ
СМОЛЫ К-М.Юсупов
ИОНХ АН РУз, Ф.И.Эркабаев
Институт окружающей среды и природоохранных технологий.
Узбекистан.
В промышленности в основном пользуются синтетическими смолами как, фенолформальдегидные, поливинилхлоридные, карболидные, полиамидные, меламиноформальдегидные и другие. Синтетические смолы используются в производстве пластмасс, лакокрасочных материалов, клеев, синтетических волокон, пленок, электроизоляционных материалов, органического стекла и других материалов [1,2].
Из них относительно широко используются в промышленности меламиноформальдегидные смолы, которые получаются из меламина и формальдегида в определенных условиях. Получение
меламиноформальдегидных смол протекает в несколько стадий, на каждой из них происходит определенное изменение в структуре полученного соединения. В растворе находится смесь полимеров меламина, образующих гидрофильную меламиновую смолу с низкой степенью поликонденсации. На третьей стадии конденсации в смоле появляется гидрофобная фракция, которая осаждается при разбавлении водой. Количество гидрофобной фракции постепенно увеличивается и для ее осаждения потребуется все меньше и меньше воды. Со временем наступает момент, когда для осаждения на холоде гидрофобной смолы образуется оптимальное количество воды, смола разделяется на два слоя. В нижнем слое содержатся больше смолы и частично вода, а в верхний слой состоит в основном из воды и растворенных в ней конденсированных метилольных соединений. Если продолжать процесс нагревания, то температура расслоения полученной смолы повышается, смола становится мутной и расслаивается при температуре кипения, они имеют среднюю степень поликонденсации.
Скорость реакции поликонденсации промышленных меламиновых смол зависит от многих факторов: рН среды, мольного соотношения реагентов при синтезе, наличия соединений, замедляющих конденсацию, например метанола, наличие продуктов гидролиза или дезаминирования меламина в реакционной
May 15, 2024
435
Uchinchi renessansyosh olimlari: zamonaviy vazifalar,
innovatsiya va istiqbol Young Scientists of the Third Renaissance: Current
ChaLes.hnnoeon.andPru.en
смеси, различных солей и т.д. Важным фактором, от которого зависит скорость и направление конденсации является концентрация водородных ионов [3]. Скорость реакции наименьшая при рН=9-10 и возрастает при увеличении и уменьшении. В области рН=8,1-8,6 в мольном соотношении формальдегида и меламина 3:1 снижению рН на 0,1 соответствует ускорение реакции на 10 % (при 830). При низких рН их изменение не очень сильно влияет на скорость реакции. При рН=4-6 процесс конденсации протекает очень быстро, образуя гель и осаждая аморфных полимеров, похожих на метилен-мочевину. При проведении реакции меламина с формальдегидом в сильнокислой среде вначале получается соли метиленамина, который постепенно превращается в гидрофильный коллоидный раствор, который имеет молекулярный вес 17004000. Коллоидный раствор образуется благодаря возникновению дополнительно заряженных частиц конденсата, которые противостоят их соединения. Стабильность образовавшихся меламиновых растворов зависит в основном от их концентрации, они стабильны даже после высушивания.
При получении меламиновых смол для производства покрытий сначала синтезируется метилолмеламин, затем производиться его модификация н-бутанолом. Однако, иногда смолы получают одновременной реакцией всех ингредиентов в слабокислой среде. Свойства получаемой смолы зависят от мольного соотношения формальдегида и меламина, степени этерификации, количества кислого катализатора, продолжительности и температуры проведения процесса. При синтезе данной смолы обычно на 1 моль меламина добавляют от 5 до 6 молей формальдегида и слабо подкисленного бутанола в избытке. Реакционную смесь нагревают с обратным холодильником до получения продукта требуемой вязкости и способного разбавляться различными углеводородами. Воду удаляют непрерывной декантацией, а кислоту с реакционной среде нейтрализуют до концентрирования смолы. Количество свободной воды и формальдегида в готовой смоле должно быть не больше 0,5%.
В процессе синтеза в реакцию с 1 молем меламина вступает от 1 до 2 молей бутанола в зависимости от рН и температуры среды. Полученный полимер содержит как простые эфирные, так и метиленовые связи. Расположение структурных звеньев и связей является предположительным, действительное строение полимера сложнее. Следует также помнить, что смола имеет трехмерную структуру, а не плоскую. Возможность дальнейшей полимеризации вытекает из большого числа метилольных групп, способных к
May 15, 2024
436
Uchinchi renessans yosh olimlari: zamonaviy vazifalar,
innovatsiya va istiqbol Young Scientists of the Third Renaissance: Current
дополнительной полимеризации. Вполученной смоле эфирные связи образуются в результате конденсации двух метиллольных групп с выделением моля воды, а метиленовые связи - в результате конденсации метилольных групп с водородом, связанным с атомами азота.
Процесс модификации ведется в мольном соотношении меламина: формальдегида:н-бутанола 1:7:6 соответственно. Взвешивание исходных компонентов: меламин - 36,0 г; формалин 35%-ный - 142 г; раствор гидроксида натрия (25 %) 1-5 капля; н-бутанол - 127г; фталевый ангидрид - 0,40 г.
Для произведения синтеза меламинформальдегида и его модификации н-бутанолом в трехгорловую колбу, объемом 500 мл, снабженную обратным холодильником, ставили на электрическую плиту, снабженную электромагнитной мешалкой. В колбу наливали 142 г 35%-ного раствора формалина и нагревали до 70°С. Через 10-15 минут, после нагревания формалина добавляем несколько капель 25%-ного раствора №ОН.
Далее в формалин, нагретый до 80-850С, начинаем добавлять меламин по порциям в количестве 36,0 г. Каждую порцию меламина в реакционную смесь добавляем в количестве по 3 г интервалом 2 минуты. В ходе внесения меламина добавляется несколько капель дополнительного 25 % ного раствора №ОН. При достижении температуры 900С нагрев останавливается, температура снижается до 830С и выдерживается 20-25 минут.
После, добавляется в количестве 0,4 г фталевый ангидрид, т.е. катализатор, смесь перемешивают до растворения катализатора при температуре не более 850С. После растворения катализатора добавляем н-бутанол, нагретый до 850С в количестве 127 г по частям, т.е. по 4 г с интервалом 15 секунд.
После чего включаем обогрев в эл. плите для нагревания смеси до 90 °С. Процесс идет с обратным холодильником на себя в течение 10-15 минут. Выпаривание остаточной воды и не прореагировавшегося н-бутанола. Для этого подключаем холодильник-конденсатор для конденсации выпарившейся смеси воды и бутанола. Процесс ведется при температуре выше 90 °С в течение 20-25 минут до испарения жидкости в количестве 70-80 г. После процесса выпаривания отключаем источник обогрева, полностью прекращаем перемешивание.
После, смесь переливаем из трехгорловой колбы в стакан и оставляем в покое для расслоения двух фаз в течение 5-10 минут. Из расслоившейся смеси удаляем пипеткой верхний слой (водной части). После удаления верхнего слоя нижний слой растворяем в Н-бутаноле в соотношении смола: Н-бутанол -1:0,25, установленной ранее в лабораторных условиях.
May 15, 2024
437
Uchinchi renessansyosh olimlari: zamonaviy vazifalar,
innovatsiya va istiqbol Young Scientists of the Third Renaissance: Current
ChaLes.hnnoeon.andPru.en
Произведен анализ полученного продукта, в нижеследующей таблице приведены физико- химические показатели и сравнительный анализ физико-химических показателей модифицированного н-бутанола.
Таблица. Физико-химические показатели и сравнительный анализ физико-химических показателей модифицированного н-бутанола
Наименование параметров Значение параметров Соответствие
(требование) (параметров) параметров
По НД Фактически (требований)
Условная вязкость Пах, 20 ^ 35-45 42,44 Соответствует
Плотность, г/см3 0.98-1.02 1,01 Соответствует
Содержание нелетучих
частиц, % 52-58 54,36 Соответствует
Блеск пленки, под углом 60 Min 85 89 Соответствует
Толщина сухой пленки, микрон 35-45 36 Соответствует
Твердость высушенной пленки, 77 81 Соответствует
% не менее
Прочность пленки при 4 4,2 Соответствует
растяжении прибо ром
Эриксена, мм, не менее
Удельное объемное
электрическое сопротивление, 0.5-1.0 0,78 Соответствует
мОм
Адгезия, не более, баллы Gt-0 Gt-0
Вывод. Изучен процесс получения меламинформальдегидной смолы и физико-химические процессы ее модификации. А также, проведен сравнительный анализ полученной модифицированной
меламинформальдегидной смолы с товарным продуктом, соответствующий Г0СТ-9980.2 и получены положительные результаты.
REFERENCES
1. Эркабаев Ф.И. Юсупов К.М., Синтез меламин-формальдегидной смолы, модифицированной с Н-бутанолом. Электронный научный журнал «Universum»: Химия и биология, 2022 г. № 10(103), 13.Химическая технология с.38-41. https: //7universum.com/ru/tech/archive/item/14452.
May 15, 2024
438
Uchinchi renessans yosh olimlari: zamonaviy vazifalar,
innovatsiya va istiqbol Young Scientists of the Third Renaissance: Current _Challenges, Innovations and Prospects
2. Щеголев В.П. Высокомолекулярные соединения, применяемые в деревообрабатывающей промышленности: конспект лекций. - Ленинград: РИО ЛТА, 1974. 122 с.
3. Эркабаев Ф.И. , Юсупов К.М. Меламин-формальдегид смоласини н-бутанол билан модификация килиш // УзР ФА Навоий булими ташкил этилганлигининг 5 йиллигига багишланган "Фан, таълим ва ишлаб чикариш интеграцияси-ривожланиш ва тараккиёт гарови" халкаро илмий-амалий конференция. 2022 йил 9-10 июнь, Навоий ш. 381-382-бетлар.
439
May 15, 2024
