Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania żywic mocznikowo- formaldehydowych o małej zawartości wolnego formaldehydu.

Znanych jest wiele sposobów otrzymywania żywic mocznikowych o małej zawartości wolnego formaldehydu, w szczególności przez dodatek amoniaku do żywicy mocznikowej według opisu patentowego CSRS nr 236 631. Przez dodatek amoniaku do obojętnej żywicy mocznikowej zwiększa się jednak jej zasadowość, chociażby pod wpływem urotropiny, powstającej w reakcji amoniaku z formaldehydem i w ten sposób utwardza się wolniej wobec tej samej ilości utwardzacza lub też wymaga użycia większych ilości utwardzacza, aby osiągnąć ten sam czas utwardzania żywicy. Nie można przy tym zastąpić zobojętniania wodorotlenkiem sodowym formaliny i żywicy mocznikowej przez zobojętnianie amoniakiem, gdyż w podwyższonej temperaturze (na przykład odwadniania żywicy przez destylację) pH obojętne lub zasadowe, nadane układowi zawierającemu formaldehyd przez amoniak lub produkty jego reakcji z formaldehydem, maleje i wraca do stanu wyjściowego sprzed zobojętniania.

W postępowaniu według wynalazku unika się tych niedogodności, zobojętniając amoniakiem żywicę, w której polikondensację przeprowadzono dopiero po zagęszczeniu prekondensatu.

Istotą wynalazku jest rozpuszczenie 60g mocznika w roztworze wodnym 57 - 66g formaldehydu o pH 5 - 9 korzystnie 7 i ogrzewanie dotąd, aż próbka mieszaniny reakcyjnej nie mętnieje co najmniej przez 5 minut w temperaturze 20°C, po czym zagęszczenie roztworu przez oddestylowanie części lotnych, korzystnie pod obniżonym ciśnieniem w temperaturze nie przekraczającej 60°C do stężenia 50 - 70% części nielotnych, po czym zakwaszenie do pH 4,5 - 5,0 i przeprowadzenie kondensacji w temperaturze 60 - 100°C do osiągnięcia tolerancji wodnej, korzystnie 200%, po czym schłodzenie żywicy do temperatury 10 - 40°C i zobojętnienie amoniakiem do pH 6 - 8. Stosunek molowy formaldehydu do mocznika w takiej żywicy można zmniejszyć z wyjściowego 2 : 1 do 1,2 - 1,5 : 1,0 przez dodatek 33 - 48g mocznika.

Prekondensat mocznikowo-formaldehydowy, nie mętniejący po ochłodzeniu, zawiera z jednej strony maksymalną możliwą ilość związanego formaldehydu, z drugiej strony ma możliwie małą lepkość, to jest najmniejszy możliwy stopień polikondensacji, przy którym żywicy już nie grozi wytrącenie osadu po ochłodzeniu. Taki prekondensat można odwodnić korzystnie pod obniżonym ciśnieniem w temperaturze nie przekraczającej 60°C, aby zapobiec dalszej polikondensacji i odszczepianiu się formaldehydu z grup hydroksymetylowych.

Reakcję polikondensacji w środowisku kwaśnym, prowadzącą do otrzymania właściwej żywicy przeprowadza się przy użyciu zagęszczonego prekondensatu mocznikowo-formalde162 351 hydowego przy pH w granicach 4,5 - 5,0 w temperaturze 60 - 100°C do osiągnięcia pożądanej tolerancji żywicy względem wody. Tolerancja taka może mieć wartość optymalną różną dla różnych zastosowań, najczęściej wynosi 200%. Mierzy ją się w temperaturze pokojowej. Pod koniec reakcji polikondensacji korzystnie jest obniżyć temperaturę mieszaniny reakcyjnej, aby łatwo było uchwycić koniec reakcji. Po osiągnięciu pożądanej tolerancji wodnej żywicę szybko się chłodzi do temperatury 10 - 40°C i po osiągnięciu temperatury 40°C zobojętnia amoniakiem do pH 6 - 8. Amoniak wiąże wolny formaldehyd obecny w żywicy na urotropinę i zobojętnia środowisko reakcji, przerywając reakcje polikondensacji. Zobojętnienie jest trwałe w temperaturze pokojowej i wytrzymuje przez krótki okres czasu temperaturę do 40°C. W temperaturze wyższej, pH żywicy ustalone amoniakiem, początkowo wzrasta, a następnie po osiągnięciu maksimum maleje asymptotycznie do pH wyjściowego, takiego, jakie miała przed zobojętnieniem amoniakiem.

Tak otrzymana żywica ma zawartość wolnego formaldehydu około dwukrotnie mniejszą niż żywice zobojętniane wodorotlenkami metali. Jeszcze bardziej maleje zawartość wolnego formaldehydu w żywicach mocznikowych po zmniejszeniu stosunku molowego formaldehydu do mocznika do 1,1 - 1,5 : 1,0 przez dodatek do żywicy odpowiedniej ilości mocznika. W żywicach o tak zmniejszonym stosunku molowym formaldehydu do mocznika zawartość wolnego formaldehydu maleje nawet poniżej 0,1%.

Przykład I. 83,3g 36% formaliny zobojętniono 10% roztworem wodnym wodorotlenku sodu do pH 6 - 8, po czym mieszając rozpuszczono w niej 60g mocznika, ogrzano do temperatury wrzenia z chłodnicą zwrotną i utrzymano w tej temperaturze przez 60 minut dotąd, aż pobrana kropla mieszaniny reakcyjnej nie mętniała na szkiełku w ciągu 5 minut. Wówczas doalkalizowano mieszaninę reakcyjną roztworem wodorotlenku sodu do pH 7 i zagęszczono oddestylowując wodę pod obniżonym ciśnieniem w temperaturze 50 - 60°C do zawartości 56% części nielotnych. Następnie mieszaninę reakcyjną zakwaszono 4% kwasem solnym do pH = 4,8 i prowadzono reakcję polikondensacji w temperaturze 80°C do osiągnięcia tolerancji wodnej 200% (1 Og wody na 5g żywicy) schłodzono do temperatury 40°C i zobojętniono 25% roztworem amoniaku do pH = 7,0. Otrzymano żywicę o stężeniu 54% części nielotnych i 1,35% wolnego formaldehydu.

Czas żelowania żywicy wobec 1% chlorku amonu wynosi 7 minut w temperaturze 100°C, a 24 godziny w temperaturze 20°C, zaś wobec 2% bezwodnika maleinowego 2 minuty w temperaturze 100°C i 5 godzin w temperaturze 20°C.

P r z y k ł a d II. Do żywicy otrzymanej według przykładu I dodano 33,3 mocznika doprowadzając w ten sposób stosunek molowy formaldehydu do mocznika od 2 : 1 do 1,5 : 1,0. Otrzymano żywicę o zawartości 59% części nielotnych, 0,16% wolnego formaldehydu (po 2 tygodniach) i czasie żelowania wobec 1% chlorku amonu 8,75 minut w temperaturze 100°C i 30 godzin w temperaturze 20°C, a wobec 2% bezwodnika maleinowego 71 sekund w temperaturze 100°C i 7 godzin w temperaturze 20°C.

Przykład ΠΙ. Do żywicy otrzymanej według przykładu I dodano 40g mocznika doprowadzając w ten sposób stosunek molowy formaldehydu do mocznika do 1,2 : 1,0. Otrzymano żywicę o zawartości 62,5% części nielotnych i 0,08% wolnego formaldehydu (po 7 dniach). Żywica wobec 1% chlorku amonu żeluje 11 minut w temperaturze 100°C i 30 godzin w temperaturze 20°C, a wobec 2% bezwodnika maleinowego 2 minuty w temperaturze 100°C i 8 godzin w temperaturze 20°C.

162 351

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł