ИССЛЕДОВАНИЕ СИНТЕЗА МОДИФИЦИРОВАННОЙ МЕЛАМИНОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ С Н-БУТАНОЛОМ.

АННОТАЦИЯ

В этой статье даны сведения о натуральных и синтетических смолах, в частности, об использовании фенолформальдегида, меламиноформальдегида и других смол. При большом разнообразии областей применения вышеуказанной меламиноформальдегидной смолы исследуется ее производное, модифицированное бутанолом. Полученный на основе опыта продукт сравнивают с синтезированным продуктом по ГОСТ-9980,2.

ABSTRACT

This article provides information on natural and synthetic resins, in particular on the use of phenol formaldehyde, melamine formaldehyde and other resins. With a wide variety of applications for the aforementioned melamine-formaldehyde resin, its butanol-modified derivative is being investigated. The product obtained on the basis of experience is compared with the synthesized product in accordance with GOST-9980.2.

Ключевые слова: синтетические смолы, меламиноформальдегидные смолы, меламин, покрытие, фталевый ангидрид, выпаривание, н-бутанол.

Keywords: synthetic resins, melamine-formaldehyde resins, melamine, coatings, phthalic anhydride, evaporation, n-butanol.

Смола – собирательное название аморфных веществ, относительно твердых при нормальных условиях и размягчающихся или теряющих форму при нагревании. Среди них есть как сложные по химическому составу органические вещества, например природные смолы вещества, выделяемые растениями при нормальном физиологическом обмене, так и химически относительно простые соединения. Областью использования клеев является главным образом склеивание дерева, бумаги, кожи, резины, фарфора, стекла, целлюлозы и некоторых других материалов [3].

 Известно, что гетерогенные и гетерогенно-каталитические реакции пропорциональны границам поверхности между фазами [2].

К синтетическим смолам относят фенолформальдегидные, поливинилхлоридные, карболидные, меламиноформальдегидные, полиамидные и другие смолы. Синтетические смолы используются в производстве пластмасс, лаков, клеев, синтетических волокон, пленок, электроизоляционных материалов, органического стекла и других материалов. Древесные угли имеют ряд преимуществ перед каменными и буровыми углями [5].

 Как мы знаем, в настоящее время одной из основных проблем является очистка сточных вод от органических промышленных отходов и получение экологически чистых адсорбентов [4].

Меламиноформальдегидные смолы. Меламин может реагировать с формальдегидом с образованием ряда метилолмеламинов. Их состав изменяется в зависимости от соотношения количеств реагентов, pH среды, продолжительности и температуры реакции. В этом отношении реакции меламина с формальдегидом аналогичны реакциям мочевины. Но меламин отличается от мочевины тем, что оба водорода его аминогрупп могут легко замещаться метилольными группами. Поскольку в меламине имеются три аминогруппы, можно получать ряд метилолмеламинов, начиная от монометилола и заканчивая гексаметилолмеламином. Для производства лакокрасочных смол, текстильных материалов, придания бумаге водостойкости, для других целей. Для повышения свойств мфс нами был изучен процесс модификации н-бутанола.

Бутилированные меламиновые смолы. При получении меламиновых смол для производства покрытий можно сначала получать метилолмеламин и затем этерифицировать или бутилировать его. Однако чаще бутилированные смолы получают одновременной реакцией всех ингредиентов в слабокислой среде. Свойства получаемой смолы зависят от многих переменных, в том числе отношения количеств формальдегида и меламина, степени этерификации, количества кислого катализатора, продолжительности и температуры реакции. Обычно применяют на 1 моль меламина от 5 до 6 молей формальдегида и избыток слабо подкисленного бутанола. Смесь нагревают с обратным холодильником до получения продукта заданной вязкости и способного разбавляться углеводородами. Воду удаляют непрерывной декантацией, а кислотность нейтрализуют до концентрирования смолы. Количество свободной воды и формальдегида в готовой смоле должно быть ниже 0,5%.

В реакцию с 1 молем меламина вступает от 1 до 2 молей бутанола. Ниже показано возможное строение отдельного эвена и полимеризованной меламиноформальдегидной смолы (строение соответствует соотношению: 1 моль меламина, 5 молей формальдегида и 2 моля бутанола).

Из приведенной формулы видно, что полимер содержит как простые эфирные, так и метиленовые связи. Указанное расположение структурных звеньев и связей является предположительным, действительное же строение полимера не вполне ему соответствует. Следует также помнить, что в действительности смола имеет трехмерную структуру, а не плоскую. Возможность дальнейшей полимеризации вытекает из большого числа метилольных групп, способных к дополнительной реакции (полимеризации). Эфирные связи образуются в полимере в результате конденсации двух метилольных групп с выделением 1 моля воды, а метиленовые связи – в результате конденсации метилольных групп с водородом, связанным с атомом азота.

Смола меламиноформальдегида, модифицированного н-бутанолом.

Процесс ведется в мольном соотношении меламина : формальдегида : н-бутанола 1:8:6 соответственно. Взвешивание исходных компонентов: меламин – 36,0 г; формалин 35%-ный – 147 г; раствор гидроксила натрия 25⁰, 1–5 капля; н-бутанол – 127 г; фталевый ангидрид – 0,40 г.

Трехгорловую колбу с объемом 500 мл, снабженную обратным холодильником, ставим на электрическую плиту, снабженную электромагнитной мешалкой (рис. 1). Наливаем 147 г 35%-ного раствора формалина в колбу и нагреваем до 70 °С. Процесс занимает всего 10–15 минут. После нагревания формалина добавляем несколько капель 25%-ного раствора NaOH.

Далее в нагретый до 80–85 °С формалин начинаем добавлять меламин по порциям в количестве 36,0 г. Каждую порцию меламина добавляем в количестве по 3 г в интервале 2 минуты. Во время добавления меламина добавляется несколько капель дополнительного 25%-ного раствора NaOH. При достижении температуры 90 °С убирается нагрев электроплиты для снижения температуры не болee 83 °С. Процесс занимает всего 20–25 минут.

Далее добавляется в количестве 0,4 г катализатор фталевоангидрида, смесь перемешивают до растворения катализатора при температуре не более 85 °С.

После растворения катализатора добавляем н-бутанол, нагретый до 85 °С в количестве 127 г порционно, т.е. по 4 г в интервале 15 секунд.

Далее 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. Реакция продолжается до тех пор, пока конденсат, выходящий из холодильника, не окрасит фильтровальную бумагу, пропитанную раствором ацетата анилина [3].

Затем 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 : бутанол 1:1, или 1:0,5, или 1:0,25.

Был произведен анализ полученного продукта, в нижеследующей таблице приведены физико-химические показатели и сравнительный анализ физико-химических показателей модифицированного н-бутанола.

Таблица 1.

Физико-химические показатели и сравнительный анализ физико-химических показателей модифицированного н-бутанола

Вывод

1. Были изучены физико-химические процессы модификации меламинформальдегидной смолы н-бутанолом.
2. Был проведен сравнительный анализ полученной опытным путем модифицированной меламинформальдегидной смолы с пробой, синтезированной по ГОСТ-9980,2. Был получен положительный результат.

Список литературы:

1. Кодирова Д.Т., Абидова М.А. Получение МЭА формальдегидных смол из кубового остатка // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. – 2021. – № 6 (87) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/12019.
2. Нумонов М.А., Курбанов Ж.Х. Изучение свойств адсорбента, полученного из местных фруктовых косточек и деревьев // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. – 2019. – № 12 (69) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/8521.
3. Нумонов М.А., Содиқов У.Х. Извлечение донаксина из растения Arundo donax. L и синтез его производных на основе донаксина // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. – 2020. – № 8 (77) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10644.
4. Нумонов М.А., Юлдашев Х.Х. Исследование уровня пористости адсорбентов из местных фруктовых косточек // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. – 2020. – № 10 (79) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10837.
5. Нумонов М.А., Юсупов К.М. Исследование поглощения жидкостей и газов адсорбентами, полученными из местных фруктовых косточек // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. – 2021. – № 6 (87) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11951.
6. Пэйн Г.Ф. Технология органических покрытий. – Л., 1969. – С. 382–385.