СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОПЛАСТА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОПЛАСТА


RU (11) 2249016 (13) C2

(51) 7 C08G12/40 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
к патенту Российской Федерации 
Статус: по данным на 19.04.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2005.03.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2003114988/04 
(22) Дата подачи заявки: 2003.05.20 
(30) Приоритетные данные: 2003010359 2003.01.15 UA 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.05.20 
(43) Дата публикации заявки: 2004.11.27 
(45) Опубликовано: 2005.03.27 
(56) Аналоги изобретения: RU 2115666 C1, 20.07.1998. RU 2136703 C1, 10.09.1999. RU 2174523 C1, 10.10.2001. 
(72) Имя изобретателя: Бугаев Леонид Сергеевич (UA); Саморядов Юрий Михайлович (UA); Парахин Михаил Иванович (UA); Сушильников Александр Викторович (UA); Сушильникова Наталья Николаевна (UA) 
(73) Имя патентообладателя: Открытое Акционерное Общество "Концерн Стирол" (UA) 
(98) Адрес для переписки: 84610, Донецкая обл., г. Горловка, ул. Горловской дивизии, 10, ОАО "Концерн Стирол", сектор ЗИС, Л.И. Логиновой 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОПЛАСТА
Изобретение относится к способам получения карбамидоформальдегидной смолы, используемых для изготовления пенопласта. Конденсацию карбамида с формальдегидом осуществляют при начальном мольном соотношении карбамида и формальдегида 1:2,0-2,2 в несколько стадий в среде с переменной кислотностью при нагревании в присутствии модифицирующей добавки - водного раствора поливинилового спирта. Для конденсации с карбамидом в качестве формальдегидсодержащего компонента используют карбамидоформальдегидный концентрат. Конденсат содержит 54-60 мас.% общего формальдегида, 20-24 мас.% общего карбамида, остальное вода. Процесс проводят в присутствии регулятора вязкости - деминирализированной воды и 1-3 мас.ч. модификатора на 100 мас.ч карбамида. Причем сначала реакционную смесь нагревают до 90±2°С при рН 7,5-8,5, выдерживают 20 минут, снижают температуру до 82-85°С и при рН 4,5-5,0 выдерживают реакционную массу в течение 20-50 минут, затем нейтрализуют до рН 7,5-8,0, вводят дополнительное количество карбамида до мольного соотношения карбамида и формальдегида 1:1,5 и выдерживают 60 минут при 65-70°С. Способ позволяет исключить образование сточных вод, повысить производительность технологического оборудования. 2 табл.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к способам получения карбамидоформальдегидных смол, используемых для изготовления пенопласта.

В настоящее время острой остается проблема создания ресурсо- и энергосберегающих технологий, в частности применения теплоизоляционных материалов для теплоизоляции зданий, оборудования, холодильных камер и др. Одним из первых газонаполненных пластмасс, нашедших широкое применение для теплоизоляции, были пенопласты на основе карбамидоформальдегидных олигомеров (КФО). КФО являются наиболее экономичным исходным материалом для производства пеноматериалов. Наряду с положительными свойствами карбамидные пенопласты обладают рядом недостатков, таких как незначительная механическая прочность, хрупкость и усадка при отверждении и сушке. Получение карбамидоформальдегидных олигомеров (смол) по традиционной технологии сопряжено со значительными энергозатратами на проведение концентрирования реакционной массы, а также большим объемом формальдегидсодержащих надсмольных вод, и полученные на их основе пеноматериалы не в полной мере удовлетворяют возрастающим требованиям к эмиссии формальдегида.

Известен способ получения карбамидоформальдегидной смолы для изготовления карбамидного пенопласта путем совместной конденсации карбамида с формальдегидом в присутствии глицерина, при нагревании до температуры кипения полученного раствора а среде с переменной кислотностью и конечным мольным соотношением формальдегид:карбамид - 1,7?1,8:1 [А.Ф.Николаев. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. Химия, М., 1996, 78 с.391-392]. Недостатками данного способа является значительное содержанием свободного формальдегида в смоле и недостаточная механическая прочность готового пенопласта. Близким к решению поставленной задачи является способ получения карбамидоформальдегидной смолы путем конденсации карбамида с формальдегидом, водный раствор которого предварительно нейтрализовали аммиачной водой, в среде с переменной кислотностью при нагревании до температуры 60-95°С, вакуум-сушку, введение модифицирующей добавки в виде водного раствора гидроксилсодержащего полимера в количестве 0,6-2,5 масс. частей на 100 частей карбамида, доконденсацию с дополнительным количеством карбамида до конечного мольного соотношения карбамид: формальдегид 1:1,2-1,6 [Заявка 96124470/04 Россия, кл. C 08 G 12/40, C 08 J 9/06, заявлено 27.12.96; опубликовано 27.1.99 // Патент №2115666]. Недостатком указанного способа является его многостадийность и продолжительность, что снижает производительность технологического оборудования, значительные расходы пара и электроэнергии на стадии варки и вакуум-сушки смолы.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения карбамидоформальдегидной смолы путем уменьшения многостадийности и снижения энергоемкости процесса с одновременным улучшением технических характеристик готового продукта (смолы), а также физико-механических свойств пенопласта.

Физико-механические свойства пенопласта приведены в таблице 1.

Поставленная задача достигается тем, что для проведения конденсации карбамида с формальдегидом в среде с переменной кислотностью при нагревании, согласно изобретению в качестве основного сырьевого компонента используют карбамидоформальдегндный концентрат (КФК). Процесс получения смолы осуществляется в присутствии регулятора вязкости и модифицирующей добавки.

Сущностью предлагаемого решения является синтез карбамидоформальдегидной смолы путем конденсации КФК с первой порцией карбамида в присутствии регулятора вязкости - деминерализованной водой, а также модифицирующей добавки в виде водного раствора поливинилового спирта при рН 7,5-8,5, в течение 20 минут при температуре 90±2°С. Начальное мольное соотношение карбамида к формальдегиду при этом составляет 1:2,2-2,0 соответственно. Затем смесь охлаждают до 82-85°С введением 20%-ного раствора хлористого аммония, доводят рН до 4,5-5,0 и выдерживают 20-50 минут до начала коагуляции смолы. Далее следует нейтрализация реакционной массы до рН 7,5-8,0 с одновременным охлаждением до 70°С, при достижении данной температуры и рН вводят вторую порцию карбамида, проводят стадию доконденсации при 65-70°С в течение 60 минут.

Использование в качестве исходного сырья КФК (по ТУ У 6-05761614.005-96), в котором содержится (% масс.) 54-60 "общего" формальдегида, 20-24 "общего" карбамида, остальное - вода, взамен 37%-ного формалина, позволяет исключить стадию вакуум-сушки и тем самым сократить длительность всего процесса получения смолы. При этом также исключается образование надсмольных вод, что выгодно по экологическим и экономическим причинам. Использование в качестве модифицирующей добавки водного раствора поливинилового спирта позволяет получать пенопласт с улучшенными физико-механическими свойствами и отсутствием растрескивания.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Применяемый КОЖ содержит 56,7% формальдегида, 22,8% карбамида. Для регулирования вязкости реакционной массы используют деминерализованную воду.

ПРИМЕР 1

В реактор V=0,2 м3 загружают 106 кг КФК и 16,5 кг деминерализованной воды, устанавливают рН 7,5-8,5 при помощи 10%-ного раствора NaOH. После этого вводят первую порцию карбамида в количестве 33,1 кг, при работающей мешалке смесь нагревают до температуры 90±2°С. При достижении температуры 40-50°С в реактор загружают модифицирующую добавку - поливиниловый спирт в количестве 0,8 кг или одна массовая часть на 100 массовых частей карбамида в виде водного раствора. Для приготовления данного раствора используют деминерализованную воду в таком же количестве, что и вода для регулятора вязкости (16,5 кг). При температуре 90°С проводят выдержку в течение 20 минут. По завершении выдержки в щелочной среде реакционную массу охлаждают до 82-85°С и вводят 0,5 дм3 20%-ного раствора NH4Cl, рН при этом устанавливается на уровне 4,9. Поликонденсацию ведут до смешиваемости смолы с холодной водой (t=12 -15°С) в соотношении 1:8-10 соответственно. Продолжительность этой стадии 20-50 минут в зависимости от температуры и установленного уровня рН. После того как смешиваемость смолы с водой достигнет нужного предела, содержимое реактора нейтрализуют раствором NaOH до рН 7,5-8,0 в количестве 0,4 дм3 и охлаждают реакционную массу до 70-75°С. Загружают первую порцию карбамида массой 23 кг и ведут стадию доконденсации в течение одного часа при температуре 65-70°С. Конечное мольное соотношение карбамид: формальдегид 1:1,5 соответственно. Готовую смолу охлаждают до 25-30°С и сливают в бочки.

ПРИМЕР 2

Условия конденсации по примеру 1. Количество первой порции карбамида 30,6 кг, второй - 25,5. Количество модифицирующей добавки 1,6 кг или 2 массовых части на 100 массовых частей карбамида.

ПРИМЕР 3

Условия конденсации по примеру 1. Количество первой порции карбамида 36 кг, второй - 20. Количество модифицирующей добавки 2,4 кг или 3 массовых части на 100 массовых частей карбамида.

ПРИМЕР 4

Процесс ведется по примеру 1. Количество первой порции карбамида 33,1 кг, второй - 23. Количество модифицирующей добавки составляет 0,8 кг, причем растворение поливинилового спирта проводится в присутствии 5,7 кг карбамида, конечное мольное соотношение карбамид: формальдегид при этом равно 1:1,4 соответственно. 

Сравнительная характеристика свойств смол, полученных по предлагаемому и известному способам, представлены в таблице 1.

Таким образом, по предложенному способу удается получать высококачественную карбамидоформальдегидную смолу для производства пенопласта, при этом заключается образование сточных вод и уменьшается количество стадий процесса.

Таблица 1

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЕНОПЛАСТА 
Показатель Норма Прототип Предлагаемый способ 
Предел прочности при изгибе, МПа, не менее 0,005-0,02 0,0405 0,144 
Плотность, кг/м3 8-25 13,3 22,4 




Таблица 2

ХАРАКТЕРИСТИКА СМОЛ 
Наименования показателей Прототип Примеры 
1 2 2 4 
Массовая доля сухого остатка, мас.% 56 63 62 62 63 
Содержание свободного формальдегида, мас.% 0,25 0,19 0,20 0,17 0,11 
Вязкость по ВЗ-4 (при 20°С), сек 20 31 35 33 32 
Концентрация водородных ионов, рН 7,6 7,7 7,8 7,7 7,6 
Время желатинизации при 100°С, сек 57 62 59 60 64 





ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ получения карбамидоформальдегидной смолы для производства пенопласта конденсацией карбамида и формальдегидосодержащего компонента при начальном мольном соотношении карбамида и формальдегида 1:(2,0-2,2) в несколько стадий в среде с переменной кислотностью при нагревании, в присутствии модификатора - водного раствора поливинилового спирта, отличающийся тем, что в качестве формальдегидсодержащего компонента используют карбамидоформальдегидный концентрат, содержащий 54-60 мас.% общего формальдегида, 20-24 мас.% общего карбамида, остальное - вода, процесс проводят в присутствии регулятора вязкости - деминирализованной воды и 1-3 мас.ч. модификатора на 100 мас.ч. карбамида, причем сначала реакционную смесь карбамида, карбамидоформальдегидного концентрата и модификатора нагревают до 90±2°С при рН 7,5-8,5, выдерживают 20 мин, снижают температуру до 82-85°С и при рН 4,5-5,5 выдерживают в течение 20-50 мин, затем нейтрализуют до рН 7,5-8,0, вводят дополнительное количество карбамида до конечного мольного cоотношения карбамида и формальдегида 1:1,5 и выдерживают 60 мин при 65-70°C.