PL193343B1 - posób wytwarzania polikondensatu mocznikowo-formaldehydowego - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania polikondensatu mocznikowo-formaldehydowego w procesie prekondensacji i kondensacji właściwej z formaldehydu i mocznika stosowanych w stosunku molowym 2,1 - 5 : 1, w temperaturze 95 do 100° C i pH 5,5 - 6,0, znamienny tym, że dozowanie mocznika niekondycjonowanego do roztworu wodnego zawierającego od 37 do 55% wagowych formaldehydu i od 0,8 do 6,0% wagowych metanolu przeprowadza się z prędkością od 100 do 150 kg/min w temperaturze od 55 do 65°C oraz pH 9,0 po czym, po zakończeniu dozowania i dodatkowym czasie od 20 -60 minut zachodzi zmetylowanie mocznika, a następnie podgrzewa się zawartość reaktora do temperatury co najmniej 75°C, ustala się pH prekondensatu w przedziale 5,0 - 6,0 za pomocą 10 - 20% roztworu kwasu mrówkowego, dozowanego ze stałą prędkością 0,5 l/min, po czym podnosi się temperaturę do 95 - 100°C i prowadzi proces polikondensacji do osiągnięcia lepkości 20 - 25 mPas w 20°C, następnie alkalizuje się do pH 7,2 - 7,8 i destyluje się próżniowo przy ciśnieniu od 1,5 do 30 kPa otrzymując polikondensacji o lepkości od 50 do 300 mPas

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania polikondensatu mocznikowo-formaldehydowego znajdującego zastosowanie jako półprodukt do otrzymywania klejów i żywicy oraz jako produkt w przemyśle nawozów do wzmacniania granul szczególnie mocznika.

Z. Wirpsza i J. Brzeziński w książce „Aminoplasty, WNT, Warszawa 1970, str. 53 -95 podali teoretyczne podstawy produktów kondensacji mocznika i formaldehydu. Według nich budowa produktów kondensacji zależy w dość znacznym stopniu od warunków reakcji, głównie stosunku molowego reagentów i pH środowiska. W pierwszym etapie tworzą się grupy metylowe jako jedno- i dimetylomoczniki, których reakcja jest odwracalna w roztworze wodnym i decyduje o rozpuszczalności w wodzie. Wiązania grup metylowych są najmniej trwałe i ich trwałość zależy od odczynu środowiska. Najtrwalsze są w środowisku obojętnym lub lekko alkalicznym. Przy pH < 7 grupy metylowe kondensują do grup metylenowych lub dimetylenoeterowych, które są podstawowe do otrzymania żywicy mocznikowej.

Z. Wirpsza i J. Brzeziński swoje teoretyczne rozważania oparli o badania nad roztworami rozcieńczonymi zwracając jednocześnie uwagę, że zależności reakacji mocznika i formaldehydu są dość trudne do ustalenia ze względu na jednoczesne przebieganie w układzie innych reakcji w roztworach bardziej stężonych i w wyższej temperaturze.

Z polskiego opisu patentowego nr 149 512 znane są kleje mocznikowo-formaldehydowe otrzymywane w trzech etapach. W pierwszym etapie - prekondensacji - przeprowadza się metylowanie mocznika formaldehydem przy stosunku molowym formaldehydu do mocznika 1,5 -5,0 : 1i pH 4 -9 w temperaturze poniżej 50°C w czasie 0,3 do 3,0 godzin. Zachowanie podanego stosunku molowego formaldehydu do mocznika pozwala na zastosowanie łagodnych warunków metylowania i na zwiększenie stabilności gotowego produktu. Wzrost stabilności zapewnia również, niewielka ilość metanolu wprowadzona do formaldehydu ( rzędu 1-5% wagowych).

Zbyt duża ilość metanolu wydłuża znacznie proces kondensacji. W drugim etapie prowadzi się kondensację w sposób ciągły w temperaturze 110 - 130° C i pH 4,5 -6,5. W czasie kondensacji wprowadza się jednocześnie z otrzymywanym roztworem, wodny roztwór mocznika zawierający 40-90% wag. mocznika oraz 0,03 do 0,3% wag. soli amonowych i najwyżej 0,5% wagowych amoniaku aby utrzymać stosunek molowy formaldehydu do mocznika w przedziale 1,4-2,0 : 1.

Kondensację prowadzi się tak długo, aż uzyska się żywicę o mieszalności z wodą w stosunku objętościowym 1:10. Otrzymaną żywicę w trzecim etapie łączy się z wodnym roztworem mocznika o składzie jak wyżej, aby uzyskać końcowy stosunek molowy formaldehydu do mocznika jak 1,0 - 1,6 : 1 oraz łączy się z wodnym roztworem wodorotlenku sodu w ilości zapewniającej osiągnięcie końcowego pH 7,0 - 8,5, temperatury 30 -90°C i ciśnienia 1,5 -25 kPa. Na końcu prowadzi się dokondensowanie i zatężanie kleju do lepkości 300 -2000 mPas mierzonej w temperaturze 20°C.

Otrzymany klej się chłodzi się i homogenizuje. Charakteryzuje się dużą mieszalnością z wodą, małą emisją formaldehydu z utwardzonego kleju, dużą wytrzymałością spoiny klejowej, pewną odpornością spoiny klejowej na działanie wilgoci i wody oraz dużą stabilnością parametrów w czasie przechowywania kleju.

Celem wynalazku jest otrzymanie polikondensatu mocznikowo-formaldehydowego o dużej rozpuszczalności w wodzie, który po wyschnięciu dość łatwo chłonie wilgoć i wodę z otoczenia i rozpuszcza się w wodzie.

Sposób według wynalazku polega na zastosowaniu w procesie prekondensacji i kondensacji właściwej formaldehydu i mocznika stosowanych w stosunku molowym 2,1 -5 : 1, w temperaturze 95 do 100°C i pH 5,5 -6,0. Dozowanie mocznika niekondycjonowanego do roztworu wodnego zawierającego od 37 do 55% wagowych formaldehydu iod 0,8 do 6,0% wagowych metanolu jako stabilizatora przeprowadza się z prędkością od 100 do 150 kg/min, w temperaturze od 55 do 65°C oraz pH 9,0.

Po zakończeniu wprowadzania mocznika i dodatkowym czasie od 20-60 minut zachodzi zmetylowanie mocznika, a następnie prekondensat podgrzewa się do temperatury co najmniej 75°C i dozuje ze stałą prędkością 0,5 l/min rozcieńczony kwas mrówkowy o stężeniu 10 do 20% wagowych do uzyskania pH w przedziale 5,0 -6,0, po czym podnosi się temperaturę do 95 - 100°C i prowadzi proces polikondensacji aż do osiągnięcia lepkości 20 do 25 mPa-s mierzonej w temperaturze 20°C.

PL 193 343 B1

Po zalkalizowaniu mieszaniny do pH 7,2 - 7,8 oraz destylacji próżniowej przy ciśnieniu 1,5 do 30 kPa lepkość polikondensatu wzrasta od 50 do 300 mPa-s.

Korzystnie, jeśli polikondensat o lepości 50 do 300 mPa-s zawiera 20 -25% grup metylowych, 10 - 15% grup metylenowych i 0,1 -0,4% grup metylenowo-eterowych.

Zaletą polikondensatu według wynalazku jest jego nieograniczona rozpuszczalność w wodzie. Otrzymane roztwory są klarowne. Polikondensat mocznikowo-formaldehydowy charakteryzuje się stosunkowo niską zawartością wolnego formaldehydu, niską zawartością mocznika i formaliny.

Właściwości produktu otrzymanego sposobem według wynalazku sprawiają, że znajduje on zastosowanie jako środek powlekający granule mocznika, które przez to ulegają znacznemu wzmocnieniu.

Produkt otrzymany sposobem według wynalazku znajduje również zastosowanie w produkcji klejów mocznikowo-formaldehydowych oraz w produkcji żywic mocznikowych.

Sposób według wynalazku bliżej ilustrują podane poniżej przykłady chociaż go nie ograniczają.

P r z y k ł a d I. Do reaktora polikondensacji wprowadza się 4,410 m³ formaliny zawierającej 37% wagowych formaldehydu i 4,5% wagowych metanolu. Ustala się pH formaliny za pomocą roztworu wodnego 10% wodorotlenku sodu na 9,0 zużywając około 8,5 litra roztworu. Po podgrzaniu zawartości reaktora do temperatury 55°C rozpoczyna się dozowanie niekondycjonowanego mocznika w ilości 1400 kg z prędkością 100 kg/min. Po 37 minutach od momentu zakończenia dozowania mocznika zawartość reaktora podgrzewa się do temperatury 80°C i rozpoczyna się wdozowywanie 10% roztworu kwasu mrówkowego z prędkością 0,5 l/min do czasu gdy pH ustali się na wartości 5,7.

Następnie podnosi się temperaturę do 98°C i prowadzi proces polikonednsacji aż do uzyskania lepkości 10 mPa-s. Dalszą polikondensację przerywa się przez wprowadzenie 10% roztworu wodorotlenku sodu to jest około 10 litrów gdy polikondensat osiągnie lepkość 21 mPa-s w 20°C.

Następnie surowy polikondensat schładza się i podgęszcza na wyparce Kestnera utrzymując cyrkulację z reaktorem na poziomie 4m³/h przy ciśnieniu 14,7 kPa. Po uzyskaniu przez polikondensat lepkości 82 mPas przerywa się podgęszczanie, a zawartość reaktora schładza się do temperatury 25°C i przeprowadza analizy: pH 7,8, gęstość w 20°C 1,250 g/cm³, wolny formaldehyd 3,3%, lepkość 91 mPas.

₃

P r z y k ł a d II. Do reaktora polikondensacji wprowadza się 4,017 m³ formaliny zawierającej 45,10% wagowych formaldehydu i 5,20% wagowych metanolu. Ustala się pH formaliny za pomocą roztworu wodnego 10% wodorotlenku sodu na 9,0 zużywając około 10,5 litra roztworu. Po podgrzaniu zawartości reaktora do temperatury 55°C rozpoczyna się dozowanie niekondycjonowanego mocznika w ilości 1600 kg z prędkością 150 kg/min. Po 25 minutach od momentu zakończenia dozowania mocznika, zawartość reaktora podgrzewa się do temperatury 95°C i rozpoczyna podawanie 10% roztworu kwasu mrówkowego w ilości 23 litrów z prędkością 0,5 l/min do czasu gdy pH ustali się na wartość 6,0. Następnie podnosi się temperaturę do 98°C i prowadzi proces polikondensacji aż do uzyskania lepkości 10 mPas.

Dalszą polikondensację przerywa się przez wprowadzenie 20% roztworu wodorotlenku sodu gdy polikondensat osiągnie lepkość 25 mPas w 20°C.

Następnie surowy polikondensat schładza się i podgęszcza w wyparce Kestnera utrzymując cyrkulację z reaktorem na poziomie 18 m³/h przy ciśnieniu 22,3 kPa. Po uzyskaniu przez polikondensat lepkości 130 mPas przerywa się podgęszczanie, a zawartość reaktora schładza się do temperatury 25° C i przeprowadza analizy: pH 7,5, gęstość w 20°C 1,255 g/cm³, wolny formaldehyd 3,0% lepkość 280 mPas.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania polikondensatu mocznikowo-formaldehydowego w procesie prekondensacji i kondensacji właściwej z formaldehydu i mocznika stosowanych w stosunku molowym 2,1 - 5 : 1, w temperaturze 95 do 100° C i pH 5,5 - 6,0, znamienny tym , że dozowanie mocznika niekondycjonowanego do roztworu wodnego zawierającego od 37 do 55% wagowych formaldehydu i od 0,8 do 6,0% wagowych metanolu przeprowadza się z prędkością od 100 do 150 kg/min wtemperaturze od 55 do 65°C oraz pH 9,0 po czym, po zakończeniu dozowania i dodatkowym czasie od 20 - 60 minut zachodzi zmetylowanie mocznika, a następnie podgrzewa się zawartość reaktora do temperatury co najmniej 75°C, ustala się pH prekondensatu w przedziale 5,0 - 6,0 za pomocą 10 - 20% roztworu kwasu mrówkowego, dozowanego ze stałą prędkością 0,5 l/min, po czym podnosi się temperaturę do 95 - 100°C i prowadzi proces polikondensacji do osiągnięcia lepkości 20 - 25 mPas w 20°C, następniealkalizuje siędopH 7,2 -7,8 i destyluje siępróżniowo przy ciśnieniu od 1,5 do 30 kPa otrzymując polikondensacji o lepkości od50 do 300 mPas.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że polikondensat o lepkości 50 do 300 mPas zawiera 20 - 25% grup metylolowych, 10 - 15% grup metylenowych i 0,1 - 0,4% grup metylenowoeterowych.