СИНТЕЗ И ИК-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МОЧЕВИНОФОРМАЛЬДЕГИДНОГО ОЛИГОМЕРА, МОДИФИЦИРОВАННОГО АКРИЛОВОЙ КИСЛОТОЙ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается роль карбамид формальдегидных смол и актуальность их применения в различных отраслях, а также динамика производства данных смол в мире. Уделено особенное внимание значимости эмиссии формальдегида и проблемам его устранения, синтезу карбамид формальдегидного олигомера, условиям создания и процесса его модификации акриловой кислотой. Описаны результаты ИК-спектроскопического анализа синтезированного олигомера и их интерпретация. В статье также приводятся реакции, которые могут происходить в описываемых процессах синтеза модифицированных смол.

ABSTRACT

The article discusses the role of urea-formaldehyde resins, the relevance of using urea-formaldehyde resins in various industries, the dynamics of production of these resins in the world, as well as the relevance of formaldehyde emissions and the problems of its elimination, the synthesis of urea-formaldehyde oligomer, the conditions of synthesis and the process of its modification with acrylic acid, the results of IR spectroscopic analysis of the synthesized oligomer and their interpretation. The article also presents reactions that can occur in these processes of synthesis of modified resins.

Ключевые слова: мочевина, формальдегид, акриловая кислота, модификация, ИК-спектроскопия.

Keywords: urea, formaldehyde, acrylic acid, modification, IR- spectroscopy.

Введение. Как и во всех отраслях народного хозяйства, отрасль производства аминопластов, олиго- и полимеров с каждым годом наращивает объемы производства. Среди продуктов подобного рода важное место занимают также карбамидоформальдегидные смолы и их модифицированные аналоги. Динамика мирового производства смол прогнозирует рост на 4,5 % в период с 2024 по 2029 год [6]. Главной причиной этого, конечно же, является простота использования, низкая стоимость и, конечно же, широкий спектр применения данных соединений. К ним относятся прессматериалы на основе древесины (ДСП, ДВП, фанера и др.), бумажные и картонные материалы с высокой влагостойкостью, строительные и отделочные материалы, продукты, используемые в кожевенном производстве и различных других отраслях. Китай и Индия являются мировыми лидерами по производству карбамидоформальдегидных смол. Такое лидерство также обеспечивает доминирование Азиатско-Тихоокеанского региона на мировом рынке. Авторами [2, c. 119] проведены работы по модификации карбамидоформальдегидного олигомера акриловой кислотой и осуществлены испытания полученного олигомера на стадии наполнения кож. Кроме того, карбамидоформальдегиды модифицируют различными веществами всевозможного назначения, в том числе бутанолом, изобутиловым альдегидом, триэтаноламином, формальдегидом [3, c. 36]. Целью модификации карбамидоформальдегидного олигомера является улучшение важных физических и эксплуатационных свойств олигомера и, что наиболее важно, снижение количества свободного формальдегида, выделяемого из олигомера.

Работы авторов [4, c. 94; 5, c. 23; 6, c. 123; 7, c. 26] также посвящены использованию карбамидоформальдегидных олигомеров, их модификации кротоновым альдегидом и метакриловой кислотой, а также использованию полученных олигомеров в качестве дубителя и наполнителя в кожевенной промышленности.

 Методы исследования. В результате наших исследований был синтезирован карбамидоформальдегидный олигомер, модифицированный акриловой кислотой. Для этого брали раствор формалина (37 %) и добавляли к нему мочевину в молярном соотношении 2,2:1, непрерывно помешивая. Смесь перемешивали при температуре 55–60 ^oC и pH= 7–8 до тех пор, пока она не становилась прозрачной и однородной. К полученному раствору добавили акриловую кислоту в мольном соотношении 2,2:1:0,1 при перемешивании раствора. После полного перемешивания раствора олигомера акриловой кислоты и мочевины формальдегида в смесь добавляли 2–3 капли раствора перекиси водорода в качестве инициатора и продолжали процесс при температуре 50–55^оС при постоянном перемешивании. Через некоторое время смесь загустела и образовала клееобразную массу. Наша работа продолжается над уравнениями и механизмами реакций, происходящих при образовании карбамидоформальдегидной смолы, модифицированной акриловой кислотой (рис. 1).

Рисунок 1. уравнениями и механизмами реакций, происходящих при образовании карбамидоформальдегидной смолы, модифицированной акриловой кислотой

Обсуждение результатов. Предполагается, что реакции, происходящие при синтезе модифицированного карбамидоформальдегидного олигомера, протекают следующим образом (рис. 2):

Рисунок 2. Реакции, происходящие при синтезе модифицированного карбамидоформальдегидного олигомера.

Для того чтобы убедиться в образовании новых химических связей в синтезированном веществе и в том, что взаимодействующие вещества вступили в реакцию, мы провели ИК-спектроскопический анализ полученного вещества.

Из ИК-спектроскопического анализа олигомера видно появление группы -CH₂- на длине волны 775,6 см^-1, которая отсутствовала в исходных веществах, взятых для реакции. Это свидетельствует о том, что произошла реакция между мочевиной и формальдегидом и образовалась метилольная группа -CH₂OH-. Наблюдение поглощения на длине волны 960,54 см^-1 принадлежит группе CH₂=CH-COOR, и присутствие данной группы указывает на то, что метилольная группа в мочевиноформальдегиде образовала сложную эфирную связь с акриловой кислотой, которая была введена в качестве модификатора. Область поглощения на длине волны 1265,91 см^-1 принадлежит метилольной группе ―CH₂OH, образованной при взаимодействии исходных веществ формальдегида и мочевины (рис. 3).

Рисунок 3.  ИК-спектроскопия модифицированного акриловой кислотой карбамидоформальдегидного олигомера

Полоса поглощения при 1647,25 см^-1 указывает на образование пептидной связи между функциональной группой мочевины –NH₂ и карбоксильной группой акриловой кислоты.

Заключение. В заключение следует отметить, что ИК-спектроскопический анализ показывает, что реагенты в синтезированном веществе соединены между собой химическими связями, образуя индивидуальное вещество, на основе которого можно проводить дальнейшие исследования.

Список литературы:

1. Ахмедов В.Н., Остонов Ф.И. Дўстов Ҳ.Б. Получение модифицированных акриловых соединений на основе соединений кремния // Развитие науки и технологий. – 2021. – Т. 2. – С. 24–30.
2. Казаков Ф.Ф. Кадиров Т.Ж. Синтез и свойства модифицированной карбамид-формальдегидной смолы и технология наполнения кожи на её основе // Молодой ученый. – 2017. – № 21 (155). – С. 119-122. – URL: https://moluch.ru/archive/155/43768
3. Нумонов М. А. У., Угли Ю. Қ. М. Исследование синтеза модифицированной меламиноформальдегидной смолы с н-бутанолом // Universum: химия и биология. – 2021. – №. 12-2 (90). – С. 36–38.
4. Рамазанов Б. Г. Особенности наполнения кож азотсодержащими полимерами // Universum: технические науки. – 2021. – №. 10-3 (91). – С. 94–96.
5. Рамазонов Б. Г., Кадиров Т. Ж., Тошев А. Ю. Синтез и стpуктуpный анализ полимеpных аминоальдегидных олиго (поли) меpов // Энциклопедия инженера-химика. – 2010. – №. 1. – С. 20–24.
6. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.mordorintelligence.com/ru/industry-reports/urea-formaldehyde-market
7. Gafurovich R.B. et al. Study of Some Parameters of Modified Aminoaldehyde Oligomers Produced on the Basis of Urea and Formaldehyde // The Peerian Journal. – 2022. – Vol. 5. – P. 122–125.