ИССЛЕДОВАНИЕ МОДИФИКАЦИИ МОЧЕВИНОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ С РЕАКЦИОННОСПОСОБНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ

STUDY OF THE MODIFICATION OF UREA FORMALDEHYDE RESIN WITH REACTIVE COMPOUNDS
Цитировать:
ИССЛЕДОВАНИЕ МОДИФИКАЦИИ МОЧЕВИНОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ С РЕАКЦИОННОСПОСОБНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Негматов С.С. [и др.]. 2023. 4(109). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/15345 (дата обращения: 27.02.2024).
Прочитать статью:
DOI - 10.32743/UniTech.2023.109.4.15345

 

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается модификация мочевиноформальдегидной смолы с реакционноспособными соединениями с эпихлоргидрином и поливинилхлоридом и проведены ИК-спектроскопические исследование. Разработан эффективный состав получения модифицированный мочевиноформальдегидной смолы и ее применения в производстве древесно-пластиковых композиционных плитных материалов строительного назначения.

ABSTRACT

The article discusses the modification of urea-formaldehyde resin with reactive compounds with epichlorohydrin and polyvinyl chloride and carried out IR spectroscopic studies. An effective composition for obtaining a modified urea-formaldehyde resin and its use in the production of wood-plastic composite board materials for building purposes has been developed.

 

Ключевые слова: композиция, мочевиноформальдегидная смола, реакционноспособные соединения, фенолоформальдегидная смола, древесно-пластиковые плитные материалы, полимер, связующий.

Keywords: composition, urea-formaldehyde resin, reactive compounds, phenol-formaldehyde resin, wood-plastic board materials, polymer, binder.

 

Введение

Известно, что клей на основе фенолоформальдегидной смолы является дорогостоящим, токсичным и в основном привозят его из других стран за инвалюту. Поэтому проблема разработки оптимальных составов композиционного полимерного связующего - клея на основе мочевиноформальдегидной смолы с различными реакционноспособными соединениями (заменителя фенолоформальдегидной смолы) является актуальной проблемой сегодняшнего дня [1-3].

Всевозрастающий объем строительства уже в настоящее время потребляет около половины древесины от общего потребляемого её объема. В частности, в нашей республике ежегодно потребляется более 300 тыс. м3 композиционных древесно-пластиковых материалов и плит. Из них почти 250 тыс. м3 привозятся из-за рубежа [3].

В последние время связующие на основе мочевиноформальдегидных смол (МФС) получили наибольшее распространение среди термореактивных полимеров. При производстве древесно-пластиковых композиционных материалов конструкционного назначения используются термоустойчивые смолы на основе фенолоформальдегидных смол. Наряду с другими термореактивными, конденсационными связующими - клеями, композиционные связующие на основе мочевиноформальдегидной смолы являются наиболее дешевым и доступным продуктом, обладающим способностью к быстрому отверждению в присутствии катализаторов - отвердителей, а также сравнительно высокой концентрацией при пониженной вязкости, которая обеспечивает низкую усадку в процессе прессования композиционных древесно-пластиковых плитных материалов [4-6].

Целью работы является исследование модификации мочевино-формальдегидной смолы с реакционноспособными соединениями.

Объекты и методики исследования. Объектами исследования являются наполнители из стеблей хлопчатника, мочевиноформальдегидная смола марки КФ-МТ (содержащих 0,2-0,3% водного формальдегида), эпихлоргидрин и поливинилхлорид, а также композиционные древесно-пластиковые плитные материалы.

В процессе исследований были использованы современные методы физико-химического анализа, в том числе ИК-спектроскопия, рентгенофазовый, дифференциально-термический анализы, оптический микроскоп, а также другие стандартные методы анализа.

Полученные результаты и их обсуждение. Для решения данной задачи, нами проведены лабораторные исследования на основе местного сырья и отходов производств.

Мочевиноформальдегидные смолы (МФС) представляют собой смесь линейных, разветвленных олигомерных и полимерных молекул, полученных путем поликонденсации мочевины с модификаторами [7-8].

Для сравнительного анализа полученной мочевиноформальдегидной смолы использовали спектрометр IRTracer – 100, анализ проводили на прессованной таблетке KBr “SHIMADZU” в диапазоне инфракрасного (ИК) излучения, длина спектра 400 – 4000 см-1, (разрешение – 4 см-1, чувствительность, отношение сигнал/шум – 60,000:1; скорость сканирования – 20 спектров в секунду). На рисунке 1 приведен ИК-спектр мочевиноформальдегидной смолы.

 

Рисунок 1. ИК-спектр мочевиноформальдегидной смолы

 

В составе мочевиноформальдегидной смолы имеются NH-группа вторичного амина в области 1627 см-1, имеет частоты валентного поглощения –СО-NH2, -ОН групп в области 3338,5 см-1. Области 1358, 1391 см-1 имеют частоты колебаний, принадлежащие группе –С-СН3, 1439 см-1 имеют частоты колебаний, принадлежащие группе -CН2-, 1139, 1033 см-1 имеют частоты колебаний, принадлежащие группе –C=О. Было отмечено, что поля 553, 635, 782 см-1 относятся к частотам внеплоскостным деформационным колебаниям С-Н групп.

Все продукты реакции содержат группу –N−CHR− в комбинации с другими заместителями. Механизм этих реакций зависит от рН среды, физической формы используемых компонентов и природы катализаторов.

Для улучшения физико-химических, механических и технологических свойств древесно-стружечных композиционных плитных материалов на основе мочевиноформальдегидных смол (МФС) их модифицируют с различными модификаторами. В данной работе исследована модификация МФС с эпихлоргидрином и поливинилхлоридом.

Процесс модификации МФС с исследуемыми модификаторами довольно сложен за счет полифункциональности мочевины и модификаторов, а также реакций поликонденсации.

Механизм модификации МФС с эпихлоргидрином также сопровождается с образованием низкомолекулярного вещества НСl, который имеет следующий вид:

или

Так как МФС имеет активного водорода в составе функциональных групп (гидроксильной и аминной группах) модификация МФС с эпихлоргидрином может протекать с обоими водородами находящихся в функциональных группах.

Одним из ключевых и важных параметров влияющих на качество смол, модифицированных вышеуказанными модификаторами, является равномерное распределение модификатора в реакционном объеме поликонденсационной массе. Для этого возможно достичь только при сочетании основных факторов таких как, интенсивное перемешивание, равномерная подача и распределение модификатора, а также оптимальная температура системы.

Процесс модификации МФС с поливинилхлоридом протекает в определенных условиях и также сопровождается с образованием метилольных, метиленэфирных, карбомидоуроновых групп и низкомолекулярного вещества НСl, который имеет следующий вид:

(a)

или

(б)

Реакция (а) сопровождается с образованием метиленэфирных групп, а реакция (б) с образованием карбомидоуроновых групп полимера.

На рисунке 2 приведен ИК-спектр мочевиноформальдегидной смолы, модифицированный с поливинилхлоридом.

 

Рисунок 2. ИК - спектр мочевиноформальдегидной смолы, модифицированный с поливинилхлоридом

 

Спектры модифицированных МФС с поливинилхлоридом имеют широкую полосу низкой интенсивности в области 2165 см-1, которая специфична для карбомидоуроновых групп. В области 3445 см-1 широкая и интенсивная полоса со сложным контуром имеют внутри и межмолекулярные Н- ные связи в полимерах. В области 1017-1142 см-1 имеются эфирные группы, формирующихся в ходе взаимодействия ПВХ и его продуктов олигомеризации с макромолекулой МФС.

Слабый пик в области 1686 см-1 NH-группа вторичного амина и средний С=О (карбонильная группа) - 1463 см-1, -СН2-СН2- 1361 см-1 средний, слабый -СН2- деформационные 1142 см-1 сильный, средний - 589 см-1 сильный, средний и широкий пик -С-О-С- групп.

Полученные сополимеры образуют сшитую структуру с выделением низкомолекулярных веществ. Результаты многочисленных экспериментов исследован механизм взаимодействия мочевиноформальдегидных смол с выбранными модифицирующими реакционноспособными соединениями, в результате которого было выявлено образование сополимеров и низкомолекулярного вещества за счет образования ковалентных связей между молекулами в реакциях поликонденсации.

Показано, что использование способа физико-химической модификации мочевиноформальдегидной смолы с реакционноспособными соединениями, позволяет разработать оптимальных составов экологически безвредных модифицированных композиционных полимерных связующих - клеев на основе более доступного и дешевого местного сырья для производства древесно-пластиковых плитных материалов [9-10].

Заключения. Таким образом, разработан эффективный состав композиционных древесно-пластиковых плитных материалов на основе наполнителей, полученных из стеблей хлопчатника с определенной влажности и крупности, различной удельной плотности и ширины, волокнистых и древесных компонентов, которые эффективно используются в машиностроении, строительстве, мебельной и других отраслях промышленности.

 

Список литературы:

  1. Суровцева Л.С. Технология и оборудование производства композиционных древесных материалов. //Учебник для вузов. Издательство Архангельского гос. техн. ун-та, 2001. – 210 с.
  2. Гребенникова A.B. Материаловедение в производстве древесных плит и пластиков // Учебник для техникумов.- М:. Лесн. пром-сть. 1988. – 92 с.
  3. Дроздов И.Я., Кунин В.М. Производство древесноволокнистых плит //Учебник для подготовки рабочих на производстве. № 2. - М. Высшая школа. 1975. - 328 с.
  4. Варанкина Г.С. Совершенствование технологии изготовления древесностружечных плит // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века: труды IV Междунар. Евразийского симпозиума. – Екатеринбург, 2009. – С. 110-113.
  5. Угрюмов С.А. Совершенствование технологии производства композиционных материалов на основе древесных наполнителей и костры льна // Дисс. докт. техн. наук. – М.: МГУЛ, 2008. – С. 4-21.
  6. Ш.Н. Жалилов, К.С. Негматова, Д.Н. Ходжаева, Н.С. Абед, Д.К. Холмуродова, М.Б. Бойдадаев, А.М. Мадрахимов. Изучение и анализ существующих полимерных связующих, применяемых в производстве древесно-стружечных и древесно-пластиковых плитных материалов, и их недостатки // Композиционные материалы, №1, 2022, - С.226-228.
  7. Мадрахимов А.М., Жалилов Ш.Н., Абед Н.С., Негматова К.С., Негматов С.С., Холмуродова Д.К., Бойдадаев М.Б. Исследование состава, физико-механических характеристик стеблей хлопчатника для получения древесно-пластиковых плитных материалов // Композиционные материалы. - Ташкент, 2021, №4, - С. 173-175.
  8. Ш.Н. Жалилов. Состояние получения и исследования структуры мочевиноформальдегидной смолы // Композиционные материалы, №1, 2022, - С. 232-234.
  9. Кадиров Т.Ж., Темирова М. И., Рузиев Р.Р., Тоиров М. Разработка технологии жирования наполнения кож с вторичными продуктами масложировых комбинатов в композиции мочевино-формальдегидных смол // Узбекский химический журнал, Ташкент, 1999, № 1. - С. 50–52.
  10. Мадрахимов А.М., Жалилов Ш.Н., Абед Н.С., Негматова К.С., Негматов С.С., Холмуродова Д.К., Бойдадаев М.Б. Исследование состава, физико-механических характеристик стеблей хлопчатника для получения древесно-пластиковых плитных материалов // Композиционные материалы. - Ташкент, 2021, №4, - С. 173-175.
Информация об авторах

академик АН РУз, д-р. техн. наук, профессор, научный руководитель ГУП «Фан ва тараккиёт» (Наука и прогресс) Заслуженный деятель науки Республики Узбекистан, Академик Международной Академии Высший школы, почетный доктор наук института Механики Металлополимерных систем НАН Белоруссии, Узбекистан, г. Ташкент

Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Doctor of Technical Sciences, Professor, Scientific Director of the State Unitary Enterprise "Fan va Tarakkiyot" (Science and Progress) Honored Scientist of the Republic of Uzbekistan, Academician of the International Academy of Higher School, Honorary Doctor of Sciences of the Institute of Mechanics of Metal-Polymer Systems of the National Academy of Sciences Belarus, Uzbekistan, Tashkent

д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник ГУП «Фан ва тараккиёт», Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Technical Sciences, Professor, Chief Researcher of the State Unitary Enterprise "Fan va Tarakkiyot", Uzbekistan, Tashkent

д-р. техн. наук, с.н.с., ГУП “Фан ва тараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет,  Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher, SUE "Fan va tarakkiyot”, Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

самостоятельный соискатель ГУП “Фан ватараққиёт”, Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Independent applicant for the State Unitary Enterprise "Fan vataragiyot", Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent

канд. техн. наук, доцент, Бухарский государственный университет, Узбекистан, г. Бухара

candidate of technical sciences, associate professor, Bukhara state University Uzbekistan, Bukhara

канд. техн. наук, Бухарский государственный университет, Узбекистан, г. Бухара

Candidate of Technical Sciences, Bukhara State University, Uzbekistan, Bukhara

доцент Бухарского государственного университета, Республика Узбекистан, г. Бухара

Docent at Bukhara State University, Republic of Uzbekistan, Bukhara

преподаватель Бухарского государственного университета, Республика Узбекистан, г. Бухара

Lecturer at Bukhara State University, Republic of Uzbekistan, Bukhara

магистр Бухарского государственного университета, Республика Узбекистан, г. Бухара

Magister of Bukhara State University, Republic of Uzbekistan, Bukhara

студент Бухарского государственного университета, Республика Узбекистан, г. Бухара

Second year student of Bukhara State University, Republic of Uzbekistan, Bukhara

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top