ИССЛЕДОВАНИЕ МОДИФИКАЦИИ МОЧЕВИНОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ С РЕАКЦИОННОСПОСОБНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ

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.