ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОЭТАНОЛАМИН ФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ

АННОТАЦИЯ

С ростом мирового производства расширяются сферы применения их продуктов. В связи с этим, предъявляют новые требования к их качеству и переработке отходов. В сегодняшнее время в химической промышленности имеется ряд отходов органического происхождения, которые могут заменить синтетические полимеры. После соответствующей обработки эти отходы превращаются в клей с хорошими адгезионными свойствами.

Разумеется, полимер составляет основу клея и выбор полимера является первым и решающим шагом при его создании. При выборе полимера необходимо учитывать не только его химическую природу, концепцию и взаимное расположение функциональных групп, но и молекулярно - массовое распределение, полидисперсности и другие особенности химического строения. Использование полимеров с узким молекулярно-массовым распределением обеспечивает получение клеев со стабильными свойствами.

ABSTRACT

With the growth of global production, the scope of application of their products is expanding. In this regard, new requirements are being imposed on their quality and waste recycling. At present, the chemical industry has a number of organic waste products that can replace synthetic polymers. After processing this waste, it becomes an adhesive binder with good adhesive properties.

Of course, the polymer forms the basis of the glue and the choice of polymer is the first and decisive step in creating the glue. When choosing an adhesive polymer, it is necessary to take into account not only its chemical nature, concept and mutual arrangement of functional groups, but also the molecular weight distribution of poly dispersion and other features of the chemical structure. The use of polymers with a narrow molecular weight distribution ensures the production of adhesives with stable properties.

Ключевые слова: формальдегидной смолы, кубовый  остаток МЭА, полярографический способ.

Keywords: formaldehyde resin, cubic residue of MEA, polarographic method.

Синтетические клеи склеивают любые материалы, образуя высокопрочные долговечные соединения, способные работать в широком интервале температур и в любых климатических условиях. Важным свойством соединений на основе синтетических клеев является их атмосферостойкость, способность противостоять коррозии и гниению. В ряде случаев клеевые соединения обеспечивают герметичность конструкций.

В ряде случаев клеевые конструкции должны обеспечивать прочность при неравномерном отрыве до 50-80 кгс/см². Клеевые соединения неметаллических материалов должны иметь прочность, близкую к прочности склеиваемых материалов[1,2].

Рассматривая связь химического строения и структуры полимеров с их склеивающими свойствами, убеждаешься в подтверждении влияния природы функциональных групп на адгезионные и когезионные свойства моно- мерных и полимерных соединений.

Разумеется, полимер составляет основу клея и выбор полимера является первым и решающим шагом при создании клея. При выборе клеящего полимера необходимо учитывать не только его химическую природу, концепцию и взаимное расположение функциональных групп, но и молекулярно - массовое распределение, полидисперсность и другие особенности химического строения. Использование полимеров с узким молекулярно-массовым распределением обеспечивает получение клеев со стабильными свойствами [2].

В состав клеевой композиции помимо полимера входят наполнители, стабилизаторы, пластификаторы, загустители и другие компоненты.

В химической промышленности имеется ряд отходов органического происхождения, которые могут заменить синтетический клей. Например, конденсация водных растворов Na-соль карбоксилметилцеллюлозы, ацетонового раствора диацетилцеллюлозы, жидких кубовых остатков моноэтаноламина, кубовых остатков регенерации уксусной кислоты и других с формальдегидом.[3-6].

Нами был изучен процесс получения смол на основе формальдегида  и кубового остатка производства аммиака - моноэтаноламина (МЭА). Азотные предприятия имеют ряд способов утилизации этих отходов, одним из которых является сжигание последнего, что приводит к отравлению окружающей среды.

В ходе работы было изучено  влияние таких катализаторов,  как едкий натр, хлористый аммоний, аммонийная селитра, аммиак, щавелевая и серная кислоты на процесс получения МЭА - формальдегидной смолы. Среди изученных катализаторов, более  активными оказались щавелевая и серная кислоты. Расход катализатора составил 6, 01% от основного сырья.

Также изучено влияние температуры на вязкость полученной смолы в диапазоне температур от 40°С до 200°С (рис. 1).

Из графика видно, что при температуре 40-60°С вязкость полученных продуктов низкая, а связующие свойства отсутствуют. При температуре 80-100°С вязкость продукта повышается, что приводит к появлению слабого связующего свойства. Выше этой температуры продукт осмаливался, за счет бурного удаления зуды из реакционной смести. Продукт терял растворимые свойства, что свидетельствовало о переходе строения вещества из линейного в сетчатое .

Время проведения процесса играет важную роль в получении  поликонденсационных смол. И поэтому нами было изучено влияние времени проведения процесса на выход продукта. В результате проведённых опытов был составлен график (рис.2).

Из графика видно, что выход продукта имеет максимальное значение от 60 до 90 минут.

Также было изучено влияние соотношений реагирующих веществ МЭА и формальдегида (1:1, 2:1, 3:1) при температуре 80-100°С.  Колебание содержания МЭА в кубовом остатке в широком диапазоне от 31-до 52% не дало возможность выявить влияния соотношения реагентов. Содержание МЭА в кубовом остатке и продуктах реакции было определено полярографическим способом, согласно заранее составленной кривой, а содержание формальдегида сульфитным методом.

Опыты показали, что расходы формальдегида не превышает 60%, оптимальные условия вышеуказанных параметров процесса не удалось определить. Качество полученной смолы контролировали по вязкости, которая определялась при помощи вискозиметра ВЗ-262. Она увеличивалась с увеличением времени проведения процесса, и снижалось по мере повышения температуры.

Связующие свойства полученной смолы определяли согласно ГОСТу 11368- 89 «Массы древесные прессовочные». Стандарт распространяется на деревянные прессовочные массы, полученные в результате совместной обработки частиц древесины, синтетических смол или их модификации (45).

Образцы для испытания при сжатым имели размер (30+0,5)х( 15+0,5)х( 10+0,5) мм и при статическом изгибе имели размер (160+2)х(15+0,2)х(8+0,5) мм. Условия прессования: температура 130°С давление 30 МПа, время выдержки 10 мин.

Результаты испытания показали, что прочность на сжатие 1.06 кгс/см², сдвиг 0,973 кгс/см² (средний из трех испытании). Видно, что МЭА- формальдегидная смола в проведенных режимах не имела достаточно связующих свойств. Этому способствовало наличие воды в обоих видах сырья. Первый этап реакции - конденсация МЭА с формальдегидом протекает нормально, о чем свидетельствует возрастание температуры от комнатной до 60-61°С. Второй этап реакции- взаимодействие элементарных звеньев с выделением воды, т.е. реакция поликонденсации, происходит медленно. Кроме того, образующиеся молекулы за счет имеющихся ОН - групп в воде хорошо растворяются. Это приводит к исключению клеящих свойств полученных смол. Кроме того, часть формалина оставалось в смеси не в связанном виде.

Решением этой проблемы явилось замена части карбамида (20-30%) при получении карбамидоформальдегидной смолы  на кубовый остаток МЭА.  В результате этого получится продукт, состоящий из двух полимеров (карбамидоформальдегидного и МЭА формальдегидного) модифицирующих друг друга. Были изучены влияние катализаторов, температуры процесса, времени проведения процесса, соотношения реагирующих веществ и др. на  процесс получения карбамидо - МЭА - формальдегидной смолы.

Результаты испытания показали, что смола, полученная по вышеуказанному способу имеет хорошие адгезионные и клеящие свойства по сравнению с самой карбамидо -формальдегидной смолой. Например, предел прочности при сдвиге 2.3кгс/см² , против 1.9кгс/см² ; при сжатии 1.7кгс/см², против 1.3кгс/см²

Список литературы:

1. Берлин А.А., Басин В.Е. «Основы адгезии полимеров» М. Химия 1974 г., с.39
2. Каргин В.А. , Слонимский Г.Л., «Краткие очерки по физико-химии полимеров» Изд. 2-е, М., «Химия» 1967 г. с.362.
3. Кардашов Д.А. «Синтетические клеи» М. Изд. «Химия» 1976, 498с.
4. Карабаева М. И., Мирсалимова С. Р., Салиханова Д. С., Мамадалиева С. В., Ортикова С. С. Основные направления использования отходов растительного сырья (скорлупа арахиса) в качестве адсорбентов (ОБЗОР) // Химия растительного сырья, 2022. № 1. С. 53-69. URL: http://journal.asu.ru/cw/article/view/9956.
5. Кодирова Д. Т., Абидова М. А. Получение МЭА формальдегидных смол из кубового остатка // Universum: технические науки. 2021. №6-3 (87). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/poluchenie-mea-formaldegidnyh-smol-iz-kubovogo-ostatka.
6. Нумонов М.А., Юсупов К.М. Исследование синтеза модифицированной меламиноформальдегидной смолы с н-бутанолом. // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2021. 12(90). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/12660 (дата обращения: 09.05.2022).