СИНТЕЗ МЕЛАМИН-ФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ, МОДИФИЦИРОВАННОЙ С Н-БУТАНОЛОМ

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведены результаты проведенных исследований по получению синтетических, а именно меламин-формальдегидных смол из меламина и формальдегида, последующей модификацией н-бутанолом. Потребность на меламин-формальдегидных смол особенно большая в лако-красочных производствах, где вышеуказанные смолы улучшает адгезию и блеск, чем и повышает их качество.

ABSTRACT

This article presents the results of researches and the results on the production of synthetic resins, in particular melamine-formaldehyde resin from phenol-formaldehydes, followed by its modification with n-butanol. The need for melamine-formaldehyde resins is especially great in paint and varnish industries, where the above resins improve adhesion and gloss, thereby increasing their quality.

Ключевые слова: меламин, формальдегид, искусственные смолы, меламин-формальдегид, адгезия, испарение, н-бутанол.

Keywords: melamine, formaldehyde, artificial resin, melamine-formaldehyde, adhesion, evaporation, n-butanol.

К синтетическим смолам относятся фенолформальдегидные, поливинилхлоридные, карболидные, меламиноформальдегидные, полиамидные и другие      смолы. Синтетические смолы используются в производстве пластмасс, лакокрасочных материалов, клеев, синтетических волокон, пленок, электроизоляционных материалов, органического стекла и других материалов [1-3].

Среди синтетических смол 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 холоду 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. Древесные угли хорошо поглощают органические соединения благодаря своим гидрофобным свойствам. [5]

Скорость конденсации 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 смеси, различных солей и т.д. Важным фактором, от которого зависит скорость и направление конденсации является концентрация водородных ионов. Скорость конденсации 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 метиленмочевину. При проведении реакции меламина с формальдегидом в сильнокислой среде вначале получается соли метиленамина, который постепенно превращается в гидрофильный коллоидный раствор, который имеет молекулярный вес 1700-4000. 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.

Для улучшения свойств меламинформальдегидных смол нами были проведены исследования по его модификации н-бутанолом.

При получении меламиновых смол для производства покрытий сначала синтезируется метилолмеламин, затем производиться его модификация н-бутанолом. Однако,  иногда бутилированные смолы получают одновременной реакцией всех ингредиентов в слабокислой среде. Свойства получаемой смолы зависят от мольного соотношения фор- мальдегида 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.

Из приведенной формулы видно, что полимер содержит как простые эфирные, так и метиленовые связи. [4] 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 дополнительной полимеризации. В полученной 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: После были проведены работы по получению производных этого вещества. [7] Mеламин – 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 электро-магнитной 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 NaOH. Для повышения активности этого состояния реакцию проводят при нагревании. [6]

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 NaOН. При достижении температуры 90⁰С нагрев останавливается и температура снижается до 83⁰С, выдерживается 20–25 минут.

Далее 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 нагре- вания смеси до 90 °С. Процесс идет с обратным холодильником на себя в течение 10–15 минут. Выпаривание остаточной воды и не прореаги- ровавшегося н-бутанола. Для этого подключаем холодильник-конденсатор для конденсации выпа- рившейся 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.

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). По- сле 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

Изучен процесс получения  меламинформальдегидной смолы и физико-химические процессы ее модификации н-бутанолом. А также, проведен сравнительный анализ полученной модифицированной меламинформальдегидной смолы с тованым продуктом, соответствующий ГОСТ-9980.2 и  получены положительные   результаты.

Список литературы:

1. Кнунянц И.Л. Химическая энцик- лопедия. В 2 т. Т 2. Химическая энцикло- педия. – М.: Советская Энциклопедия, 1990. 671 с.
2. Юсупов К.М., Эркабаев Ф.И. Меламин формальдегид смоласини олиш // Сборник материлов Республиканской научно-практической конференции «Инновационные технологии переработки минерального и техногенного сырья химической, металлургической, нефтехимических отраслей и производства строительных материалов», Ташкент 12-14 мая 2022 года, 371-372-бетлар.
3. Щеголев В.П. Высокомолекулярные соединения, применяемые в деревообрабатывающей промышленности: конспект лекций. – Ленинград: РИО ЛТА, 1974. 122 с.
4. 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
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). Url: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11951
6. Нумонов м.а. Получение алкалоидов донаксина и их модификации на основе растения arundo donax l. // universum: химия и биология : электрон. Научн. Журн. 2022. 5(95). Url: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/13549
7. Нумонов м.а., Cодиқов 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). Url: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10644