PL183509B1 - Sposób wytwarzania modyfikowanej żywicy melaminowej - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania modyfikowanej żywicy melaminowej polegający na kondensacji melaminy z formaldehydem w środowisku alkalicznym i modyfikacji za pomocąkrótkołańcuchowych alkoholi alifatycznych w środowisku kwaśnym, uzyskanym poprzez wprowadzenie kwasu nieorganicznego, neutralizacji oraz wydzieleniu głównego produktu z mieszaniny reakcyjnej drogąoddestylowania wody i nieprzereagowanego alkoholu, znamienny tym, że neutralizację produktu modyfikacji przeprowadza się za pomocą stężonego wodnego roztworu węglanu sodowego.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania modyfikowanej żywicy melaminowej, stosowanej jako środek sieciujący w przemyśle farb i lakierów.

Żywice melaminowe wytwarzane są drogą kondensacji melaminy z formaldehydem w środowisku alkalicznym i modyfikacji alkoholami alifatycznymi w środowisku kwaśnym. Żywice melaminowo-formaldehydowe wykorzystywane w różnych gałęziach przemysłu modyfikuje się za pomocą krótkołańcuchowych alkoholi alifatycznych, jak np. metanol czy butanol.

Procesy modyfikacji prowadzi się w środowisku kwaśnym, uzyskanym przy pomocy kwasów nieorganicznych, najczęściej kwasu solnego, po czym środowisko reakcji neutralizuje się.

Według europejskiego opisu patentowego nr 70 904 neutralizację przeprowadza się roztworem ługu sodowego, natomiast według polskich opisów patentowych nr 49 314 i 87 517 za pomocą stałego kwaśnego lub obojętnego węglanu sodowego. Po procesie neutralizacji żywicę zatęża się przez oddestylowanie nieprzereagowanego alkoholu alifatycznego i oddziela od wytrąconych soli nieorganicznych drogą filtracji.

Jak stwierdzono w praktyce, stosowanie ługu sodowego jest utrudnione, ponieważ wymaga ciągłej kontroli pH zatężanej żywicy, gdyż katalizowana przez ewentualny nadmiar ługu reakcja Cannizzaro, której ulega formaldehyd, powoduje obniżenie pH środowiska reakcji, co może prowadzić do zżelowania żywicy. Trudności takich nie stwarza użycie w procesie zobojętniania produktu modyfikacji kwaśnego bądź obojętnego węglanu sodowego, ponieważ związki te nie katalizują w wyraźnym stopniu reakcji Cannizzaro. Tradycyjnie do procesów neutralizacji stosuje się stały, kwaśny lub obojętny węglan sodowy, które ze względu na słabą rozpuszczalność w środowisku reakcji używane są w znacznym nadmiarze w stosunku do ilości stechiometrycznej, wyliczonej z ilości zastosowanego kwasu do reakcji.

Konsekwencją tego jest powstawanie znacznych ilości soli nieorganicznych zawierających chlorek sodowy i kwaśny węglan sodowy, obok nieprzereagowanego obojętnego węglanu sodowego. Ilościowy udział poszczególnych składników w mieszaninie jest zupełnie przypadkowy. To zróżnicowanie składu chemicznego wydzielonych soli utrudnia ich racjonalne wykorzystanie. Ponadto techniczny węglan sodowy zawiera znaczną ilość substancji nierozpuszczalnych w wodzie i trudno filtrujących się, jak np. produkty korozji aparatury metalowej. Stwierdzono, że powyższych trudności pozwala uniknąć zastosowanie wodnego roztworu węglanu sodowego.

Sposób według wynalazku polegający na wytwarzaniu kondensatów melaminowo-formaldehydowych w środowisku alkalicznym, modyfikowaniu ich za pomocą krótkołańcuchowych alkoholi alifatycznych w środowisku kwaśnym, wytworzonym przez dodatek kwasów nieorganicznych, neutralizacji i wydzieleniu głównego produktu z mieszaniny reakcyjnej

183 509 drogą oddestylowania wody i nieprzereagowanego alkoholu, charakteryzuje się tym, że neutralizację produktu modyfikacji przeprowadza się za pomocą stężonego wodnego roztworu węglanu sodowego pozbawionego zanieczyszczeń mechanicznych i trudno filtrujących się osadów chemicznych.

Duża szybkość reakcji zobojętniania w środowisku wodnym pozwala precyzyjnie ustalić ilość węglanu potrzebną do zneutralizowania kwasu. Zastosowanie wodnego roztworu węglanu sodowego pozbawionego zanieczyszczeń nierozpuszczalnych w wodzie i trudno filtrujących się ułatwia oddzielenie żywicy od wytrąconych soli nieorganicznych. Sole te zawierają niemal wyłącznie chlorek sodowy, co umożliwia ich dalsze praktyczne wykorzystanie, np. w drogownictwie lub innych gałęziach działalności gospodarczej. Ponadto zastosowanie roztworu węglanu sodowego w procesach neutralizacji zmniejsza o 30-50% ilość odpadowych soli nieorganicznych powstających przy produkcji modyfikowanych żywic melaminowych, w stosunku do ilości soli powstających przy stosowaniu stałego kwaśnego lub obojętnego węglanu sodowego.

Przykład I. Do kolby trójszyjnej okrągłodennej o pojemności 2000 cm³ zaopatrzonej w termometr, chłodnicę zwrotną i mieszadło, wprowadza się 454 g formaliny 37%, uruchamia mieszadło i dodaje 2 g kwaśnego węglanu sodowego. Po dokładnym wymieszaniu sprawdza się pH, które powinno wynosić 8,5, dodaje 126 g melaminy i mieszając ogrzewa się do temperatury 85°C. W tej temperaturze prowadzi się kondensację w czasie 15 minut, po czym do kolby wprowadza się 416 g metanolu technicznego. Całość doprowadza się do temperatury 50°C i dodaje 5 g kwasu solnego o stężeniu 36%. pH mieszaniny osiąga wartość 4,5 i w tych warunkach prowadzi się eteryfikację w czasie 60 minut. Następnie zeteryfikowany kondensat doprowadza się do pH = 7,2, za pomocą około 20% wodnego roztworu węglanu sodowego, przy czym roztwór ten sporządza się wcześniej przez zmieszanie 4 części wagowych wody sanitarnej z 1 częścią wagową bezwodnego węglanu sodowego w temperaturze 40-50% i pozostawienie na okres 24 godzin w celu wyklarowania. Zobojętniony zeteryfikowany kondensat melaminowo-formaldehydowy zatęża się przy normalnym ciśnieniu do temperatury 85°C, uzyskując 464 g destylatu metanolowo-wodno-formaldehydowego zawierającego 70,5% metanolu (destylat I). Po odebraniu pierwszej części destylatu w układzie destylacyjnym zmniejsza się stopniowo ciśnienie do wartości około 10 kPa i w temperaturze około 85°C zatęża dalej żywicę, aż do uzyskania produktu o gęstości około 1,25 g/cm3. W ten sposób otrzymuje się żywicę o zawartości 64,2% suchej masy oraz 302 g destylatu II zawierającego 34% metanolu. Do kolby z zatężoną żywicą wprowadza się destylat I w ilości 464 g oraz 50 g metanolu technicznego, dodaje 10 g kwasu solnego o stężeniu 36% do osiągnięcia pH około 3,5 i przeprowadza reakcję II eteryfikacji w temperaturze 22-25°C w czasie 60 minut. Po tym czasie produkt eteryfikacji doprowadza się do około 20% roztworem węglanu sodowego do pH = 7,2 i zatęża przy normalnym ciśnieniu do temperatury 85°C uzyskując 195 g destylatu metanolowo-wodnego zawierającego 73% metanolu.

Dalsze zatężanie żywicy prowadzi się przy stale obniżanym ciśnieniu i w temperaturze 65-85°C. Zatężanie kończy się przy ciśnieniu 10 kPa i temperaturze 85°C. Do uzyskanej żywicy dodaje się 70 g glikolu etylenowego i dokładnie miesza, otrzymując 352 g produktu o zawartości 75% suchej masy. Produkt nie wymaga filtracji. Posiada on nieograniczoną tolerancję wodną. Pod wpływem temperatury około 170°C ulega samosieciowaniu w czasie około 20 minut.

Produkt nadaje się do zastosowania w lakierach wodorozcieńczalnych.

Przykład II. Do kolby reakcyjnej, jak w przykładzie I, wprowadza się 567 g formaliny o stężeniu 43,2% stabilizowanej 71 g metanolu, zobojętnia za pomocą 1,5 g stałego węglanu sodowego i mieszając dodaje 126 g melaminy, a następnie ogrzewa do temperatury 85°C i w tej temperaturze przeprowadza kondensację w czasie 15 minut, po czym dodaje 631 g destylatu metanolowo-wodnego zawierającego 80% metanolu. Całość należy dobrze wymieszać i dodać w temperaturze 35°C 15 cm3 kwasu solnego o stężeniu 36%. Uzyskaną w ten sposób mieszaninę reakcyjną o pH = 3,7 poddaje się eteryfikacji w ciągu 60 minut, utrzy4

183 509 mując temperaturę w granicach 35-40°C. Po zakończeniu eteryfikacji produkt zobojętnia się do pH = 7,3 za pomocą około 20% roztworu węglanu sodowego przygotowanego w sposób podany w przykładzie I. Ilość zużytego roztworu węglanu sodowego wynosi 51 cm³. Zobojętniony produkt zatęża się przy normalnym ciśnieniu do temperatury 85°C, odbierając 309 g destylatu metanolowo-wOdno-formaldehydowego o zawartości 68% metanolu. Dalsze zatężanie produktu prowadzi się w temperaturze 65-85°C przy stale obniżanym ciśnieniu. Zatężanie kończy się z chwilą, osiągnięcia temperatury 85°C przy ciśnieniu 12 kPa i odebraniu 510 g destylatu zawierającego 8% metanolu.

Do uzyskanego zatężonego produktu w ilości 358 g dodaje się 208 g formaliny o stężeniu 43,2%, stabilizowanej 26 g metanolu, sprawdza pH, które powinno wynosić 8,5 i przeprowadza reakcję II kondensacji w temperaturze 85°C w czasie 30 minut. Po zakończeniu II kondensacji produkt chłodzi się do temperatury 60°C, dodaje 533 g metanolu technicznego oraz 12 cm3 kwasu solnego o stężeniu 36% i przeprowadza reakcję II eteryfikacji przy pH = 1,6 w temperaturze 20-22°C, w czasie 90 minut. Zeteryfikowany produkt doprowadza się do pH = 7,6 za pomocą 38 cm3 około 20% wodnego roztworu węglanu sodowego przygotowanego w sposób podany w przykładzie I.

Zobojętniony produkt zatęża się przy normalnym ciśnieniu do temperatury 85°C, odbierając 486 g destylatu zawierającego 78% metanolu. Dalsze zatężanie prowadzi się przy stale obniżanym ciśnieniu w temperaturze 65-85°C. Zatężanie kończy się z chwilą osiągnięcia temperatury 85°C przy ciśnieniu 15 kPa, odebrając 220 g destylatu zawierającego 8% metanolu. Po zatężeniu w kolbie pozostało 380 g produktu, z czego drogą filtracji oddzielono 15,4 g soli nieorganicznych. Pozostałą ilość stanowiła żywica o tolerancji wodnej około 30% i odporności na ogrzewanie w temperaturze 240°C w czasie 1 godziny 55 minut.

Żywice te stosuje się do chemoutwardzalnych lakierów rozpuszczalnikowych. Wydzielona ilość 15,4 g soli nieorganicznych jest o ponad połowę mniejsza od ilości soli powstających w procesie wytwarzania żywicy, w którym reakcje zobojętnienia prowadzi się przy zastosowaniu stałego węglanu sodowego.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób wytwarzania modyfikowanej żywicy melaminowej polegający na kondensacji melaminy z formaldehydem w środowisku alkalicznym i modyfikacji za pomocą krótkołańcuchowych alkoholi alifatycznych w środowisku kwaśnym, uzyskanym poprzez wprowadzenie kwasu nieorganicznego, neutralizacji oraz wydzieleniu głównego produktu z mieszaniny reakcyjnej drogą oddestylowania wody i nieprzereagowanego alkoholu, znamienny tym, że neutralizację produktu modyfikacji przeprowadza się za pomocą stężonego wodnego roztworu węglanu sodowego.