PL213793B1 - Sposób wytwarzania żywicy fenolowej do produkcji papierów ściernych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania żywicy fenolowej stosowanej do produkcji papierów ściernych.

Żywica fenolowa do produkcji papierów ściernych jest produktem kondensacji fenolu z formaldehydem katalizowanej wodorotlenkami metali alkalicznych, modyfikowanej mocznikiem oraz środkiem zwilżającym.

Z publikacji literaturowej A. Gardziella, L. A. Pilato, A. Knop „Phenolic resins - chemistry, applications, standarization, safety and ecology”, 2^nd completely revised edition, Springer, 2000 r. wiadomo, że papiery ścierne składają się z nośnika, ziarna ściernego oraz środka wiążącego. Jako nośniki 22 najczęściej używane są wysokiej jakości papiery pakowe (sodowe) o gramaturze od 70 g/m² do 320 g/m² modyfikowane lateksem i pokryte polimerami akrylowymi lub polichlorkiem winylu, aby uodpornić je na działanie wody w trakcie szlifowania na mokro. Zawierają także warstwę lepkosprężystego włókna o grubości w granicach 0,4 - 0,8 mm, posiadającego wysoką odporność mechaniczną (przede wszystkim na zdzieranie) oraz warstwę włókna bawełnianego lub syntetycznego (na przykład polie₂ strowego) o gramaturze 200 - 600 g/m².

Z publikacji literaturowej L.A. Pilato, A. Knop „Phenolic resins - chemistry, applications and performance”, Springer, 1986 r wiadomo, że jako środki wiążące do ziaren ściernych mogą być używane żywice: epoksydowe, mocznikowe, alkilowe, poliizocyjanianowe i fenolowe. Te ostatnie posiadają szczególne właściwości użytkowe ze względu na doskonałą adhezją do ziaren ściernych oraz nośnika, dużą odporność na wilgoć oraz wysoką stabilność termiczną.

Rodzaj stosowanej żywicy fenolowej uzależniony jest od typu nośnika i ziarna ściernego, właściwości cieplnych oraz temperatury procesu utwardzania.

Dla przykładu żywica stosowana w procesie utwardzania prowadzonego w maksymalnej temperaturze 120°C przez 5,5 godziny powinna charakteryzować się następującymi właściwościami:

• zawartość części nielotnych - (78 - 80) % • lepkość (20°C) - (2800 - 3200) mPa^s • czas żelowania (130°C) - (7 - 9) min.

• czas żelowania (100°Ć) - (58 - 68) min.

Z polskiego opisu patentowego nr 74 106 wiadomo, że do produkcji papierów ściernych stosuje się między innymi wewnętrznie plastyfikowane żywice fenolowe otrzymywane w wyniku reakcji epoksydowanych olejów z monofenolami prowadzonej w obecności amin aromatycznych a następnie otrzymane produkty dalej kondensuje się z formaldehydem i ewentualnie z monofenolami. Jako monofenole stosuje się fenol, krezole, alkilo- i arylofenole oraz ich mieszaniny. Jako aminy stosuje się mono- i/lub poliaminy aromatyczne w ilości 0,05 do 0,5, korzystnie 0,1 do 0,3 mola na 1 mol monofenoli. Formaldehyd w postaci formaliny i/lub substancji wydzielającej formaldehyd w czasie reakcji lub formaldehyd gazowy stosuje się w ilości 1 do 2,2 korzystnie 1,1 do 1,4 mola na 1 mol monofenoli. Sposób otrzymywania żywicy jest skomplikowany. Stosowanie aromatycznych amin i krezoli jest praktycznie niemożliwe ze względu na przykry zapach tych związków.

Celem wynalazku było opracowanie nieskomplikowanego sposobu wytwarzania żywicy fenolowej do produkcji papierów ściernych w procesie kondensacji fenolu z formaldehydem katalizowanej wodorotlenkami metali alkalicznych, modyfikowanej mocznikiem oraz środkiem zwilżającym, pozbawionego niedogodności dotychczasowych sposobów.

Nieoczekiwanie okazało się, że jakość żywicy zależy od ilości mocznika stosowanego do modyfikacji żywicy. Stosunek molowy mocznik : fenol nie może być większy niż 0,40 : 1, ponieważ papier ścierny otrzymany z zastosowaniem żywicy o większym stosunku molowym charakteryzuje się większą kruchością i mniejszą odpornością na działanie wody. Natomiast mniejsza zawartość mocznika w żywicy, (stosunek molowy mocznik : fenol poniżej 0,20 : 1) skutkuje wypadaniem niskorozpuszczalnych, pochodnych hydroksymetylowych mocznika w trakcie magazynowania, w temperaturze poniżej 20°C.

Ponadto nieoczekiwanie okazało się, że wypadanie hydroksymetylowych pochodnych mocznika występuje także, gdy zakończenie kondensacji fenolu z formaldehydem następuje przy mieszalności żywicy z wodą poniżej 1,5 ml/g (23°C).

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że kondensację fenolu z formaldehydem prowadzi się przy stosunku molowym 1 : 1,8 + 2,4 w obecności wodorotlenków metali alkalicznych lub ich mieszanin, w ilości 0,01 + 0,10 mola na 1 mol fenolu, w temperaturze 50 + 70°C, przez 15 + 90 minut, a następnie w temperaturze 70 + 90°C aż do uzyskania mieszalności żywicy z wodą powyżej 1,5 ml/g

PL 213 793 B1 w temperaturze 23°C, następnie żywicę zatęża się do uzyskania zawartości wody poniżej 17 cg/g, schładza się do temperatury nie wyższej niż 60°C, dodaje się mocznik w ilości 0,2 + 0,40 mola na 1 mol fenolu, po czym wprowadza się 0,001 + 0,005 cg/g środka zwilżającego.

Korzystnie jest, jeżeli jako środek zwilżający stosuje się polieter modyfikowany dimetylopolisiloksanem.

P r z y k ł a d 1

Do reaktora wprowadza się 188,2 g fenolu, 240,2 g formaliny o stężeniu 45,0 cg/g i 3,2 g NaOH o stężeniu 50,0 cg/g. Kondensację prowadzi się w temperaturze 65 ± 1 °C przez 30 minut a następnie w temperaturze 75 ± 1°C przez 310 minut, aż do uzyskania mieszalności z wodą 1,74 ml/g w temperaturze 23°C. Temperaturę żywicy obniża się do 60°C, dodaje się 36,0 g mocznika i zatęża się żywicę do zawartości 16,3 cg/g wody. Odbiera się 150 g ścieków. W temperaturze 20°C dodaje się 0,01 g polieteru modyfikowanego dimetylopolisiloksanem. Otrzymany produkt posiada następujące właściwości:

• zawartość części nielotnych (3 g, 150°C, 1 h), cg/g - 74,5, • lepkość (20°C), mPa-s - 1850, • czas żelowania (3 g, 130°C), s - 460.

Żywicę przechowuje się przez 2 tygodnie w temperaturze poniżej 0°C. Po ogrzaniu jej do temperatury 20°C nie obserwuje się wydzielonych osadów. Żywica powróciła do stanu wyjściowego, jest jednorodna bez obecności części stałych.

P r z y k ł a d 2 porównawczy

Do reaktora wprowadza się 188,2 g fenolu, 240,2 g formaliny o stężeniu 45,0 cg/g i 3,2 g NaOH o stężeniu 50,0 cg/g. Kondensację prowadzi się w temperaturze 65 ± 1 °C przez 30 minut a następnie w temperaturze 75 ± 1°C przez 340 minut, aż do uzyskania mieszalności z wodą 1,10 ml/g w temperaturze 23°C. Temperaturę żywicy obniża się do 60°C, dodaje się 36,0 g mocznika i zatęża się żywicę do zawartości 16,3 cg/g wody. W temperaturze 20°C dodaje się 0,01 g polieteru modyfikowanego dimetylopolisiloksanem. Otrzymany produkt posiada następujące właściwości:

• zawartość części nielotnych (3 g, 150°C, 1 h), cg/g - 75,9, • lepkość (20°C), mPa-s - 2930, • czas żelowania (3 g, 130°C), s - 350.

Żywicę przechowuje się przez 2 tygodnie w temperaturze poniżej 0°C. Po odmrożeniu uległy wytrąceniu części stałe żywicy.

P r z y k ł a d 3

Do reaktora wprowadza się 188,2 g fenolu, 280,3 g formaliny o stężeniu 45,0 cg/g i 11,2 g N aOH o stężeniu 50,0 cg/g. Kondensację prowadzi się w temperaturze 70 ± 1°C przez 45 minut a następnie w temperaturze 85 ± 1°C przez 240 minut, aż do uzyskania mieszalności z wodą 1,81 ml/g w temperaturze 23°C. Żywicę zatęża się do zawartości 15,8 cg/g wody, temperaturę żywicy obniża się do 50°C, po czym dodaje się 45 g mocznika. W temperaturze 30°C dodaje się 0,012 g polieteru modyfikowanego dimetylopolisiloksanem. Otrzymany produkt posiada następujące właściwości:

• zawartość części nielotnych (3 g, 150°C, 1 h), cg/g - 75,0, • lepkość (20°C), mPa-s - 1920, • czas żelowania (3 g, 130°C), s - 390.

Żywicę przechowuje się przez 2 tygodnie w temperaturze poniżej 0°C. Po ogrzaniu jej do temperatury 20°C nie obserwuje się wydzielonych osadów. Żywica powróciła do stanu wyjściowego, jest jednorodna bez obecności części stałych.

P r z y k ł a d 4

Do reaktora wprowadza się 200 kg fenolu, 373,3 kg formaliny o stężeniu 37,0 cg/g oraz 9,0 kg KOH i 6,4 kg NaOH w postaci roztworu o stężeniu 50,0 cg/g. Kondensację prowadzi się w temperaturze 68 ± 1 °C przez 48 minut a następnie w temperaturze 83 ± 1 °C przez 235 minut, aż do uzyskania mieszalności z wodą 1,59 ml/g w temperaturze 23°C. Temperaturę żywicy obniża się do 60°C. Dodaje się 47,8 kg mocznika i proces kontynuuje się przez 60 minut w temperaturze 55°C, po czym zatęża się żywicę do zawartości 15,1 cg/g wody. Odbiera się 180 kg ścieków. W temperaturze 25°C dodaje się 18 g polieteru modyfikowanego dimetylopolisiloksanem.

Otrzymany produkt posiada następujące właściwości:

• zawartość części nielotnych (3 g, 150°C, 1 h), cg/g - 81,5, • lepkość (20°C), mPa^s - 1250, • czas żelowania (3 g, 130°C), s - 390.

PL 213 793 B1

Żywicę przechowuje się przez 2 tygodnie w temperaturze poniżej 0°C. Po ogrzaniu jej do temperatury 20°C nie obserwuje się wydzielonych osadów. Żywica powróciła do stanu wyjściowego, jest jednorodna bez obecności części stałych.

Otrzymaną żywicę stosuje się do produkcji papierów ściernych. Otrzymuje się wyroby zgodne z wymaganiami.

Dla porównania, papier ścierny wyprodukowany z udziałem żywicy otrzymanej tak jak w przykładzie 4, lecz bez środka zwilżającego został oceniony negatywnie, ponieważ posiadał nierównomiernie rozłożone ziarna korundu. Bez dodatku środka zwilżającego możliwe jest uzyskanie trwałej żywicy, jednak jej przydatność do produkcji papierów ściernych wymaga obecności środka zwilżającego, umożliwiającego równomierne rozłożenie ziaren korundu.

Sposobem według wynalazku możliwe jest wytwarzanie żywicy do papierów ściernych w procesie kondensacji fenolu z formaldehydem wobec wodorotlenków alkalicznych, przy czym zatężanie żywicy może być prowadzone przed dodaniem mocznika, lub po dodaniu mocznika. Istotne jest, aby mocznik dodawany był w temperaturze nie wyższej niż 60°C.

Claims (2)

1. Sposób wytwarzania żywicy fenolowej do produkcji papierów ściernych, znamienny tym, że kondensację fenolu z formaldehydem prowadzi się przy stosunku molowym 1 : 1,8 + 2,4 w obecności wodorotlenków metali alkalicznych lub ich mieszanin, w ilości 0,01 + 0,10 mola na 1 mol fenolu, w temperaturze 50 + 70°C, przez 15 + 90 minut, a następnie w temperaturze 70 + 90°C aż do uzyskania mieszalności żywicy z wodą powyżej 1,5 ml/g w temperaturze 23°C, następnie żywicę zatęża się do uzyskania zawartości wody poniżej 17 cg/g, schładza się do temperatury nie wyższej niż 60°C, dodaje się mocznik w ilości 0,2 + 0,40 mola na 1 mol fenolu, po czym wprowadza się 0,001 + 0,005 cg/g środka zwilżającego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako środek zwilżający stosuje się polieter modyfikowany dimetylopolisiloksanem.