PL213794B1 - Sposób wytwarzania żywicy rezolowej do produkcji papierów ściernych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

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

Z polskiego opisu patentowego 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, które kondensuje się dalej z formaldehydem i ewentualnie z monofenolami. Jako monofenole stosuje się fenol, krezole, alkilo- i arylofenole oraz ich mieszaniny. Aminy obejmują 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.

Z patentu USA 2009/0149624 wiadomo, że żywica rezolowa do materiałów ściernych otrzymywana jest w wyniku reakcji fenolu z formaldehydem w środowisku wodnym, w obecności katalizatorów zasadowych. Temperatura reakcji fenolu z formaldehydem waha się w granicach (50 : 90)°C. Spośród katalizatorów zastrzeżono wodorotlenek litu, wodorotlenek sodu, wodorotlenek baru i ich mieszaniny, korzystnie wodorotlenek sodu. Ilość zastosowanego do reakcji wodorotlenku sodowego wynosi w granicach 1 μ 5%, korzystnie 2%, w stosunku do ilości użytego fenolu. Zakończenie reakcji następuje po uzyskaniu mieszalności żywicy z wodą w zakresie 300 μ 500%. Następnie otrzymany produkt poddaje się reakcji z rezorcyną w ilości 5 μ 10%, korzystnie 5%, w stosunku do użytego fenolu, w temperaturze < 50°C. Zawartość wolnego formaldehydu w żywicy waha się w granicach 0,01 μ 0,3%, korzystnie 0,05 μ 0,2%, zawartość wody wynosi co najmniej 50% całkowitej masy nie modyfikowanego rezolu, a lepkość zmienia się w granicach 2,000 μ 20,000 cps w 25°C. Zastrzeżona została także dalsza modyfikacja żywicy rezolowej modyfikowanej rezorcyną przy użyciu mono- lub dietanoloaminy w ilości (0,1 μ 5)%, w stosunku do ilości użytego fenolu, prowadzona w temperaturze 50 μ 70°C, w czasie 45 μ 90 minut, korzystnie w temperaturze 60°C w czasie 60 minut. Wytworzona żywica posiada zawartość wolnego formaldehydu w granicach 0,01 μ 0,3%, korzystnie 0,05 μ 0,2%. Stosowanie dużej ilości drogiej rezorcyny i mono- lub dietanoloaminy do wiązania wolnego formaldehydu w żywicy zdecydowanie powiększa koszty jej wytwarzania.

Celem wynalazku było opracowanie taniego sposobu wytwarzania żywicy do produkcji papierów ściernych.

Nieoczekiwanie okazało się, że w wyniku odpowiednio prowadzonej kondensacji fenolu z formaldehydem katalizowanej tlenkiem i/lub wodorotlenkiem wapnia, zatężeniu mieszaniny reakcyjnej, rozcieńczeniu jej 2-(2-metoksyetoksy)etanolem do odpowiedniej lepkości, a następnie jej modyfikacji frakcją alkilorezorcynową oraz zwilżającym środkiem powierzchniowo czynnym, możliwe jest otrzymanie taniej i dobrej jakości żywicy rezolowej do papierów ściernych.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że fenol i formaldehyd poddaje się kondensacji katalizowanej tlenkiem i/lub wodorotlenkiem wapnia, przy stosunku molowym odpowiednio 1:1,2 μ 1,7 : 0,05 μ 0,10, w temperaturze 60 μ 100°C, przy czym kondensację prowadzi się do momentu uzyskania mieszalności żywicy z wodą w zakresie 2,0 μ 6,0 g/ml, następnie zatęża się mieszaninę reakcyjną do zawartości wody poniżej 16 cg/g i rozcieńcza się w temperaturze poniżej 40°C 2-(2-metoksyetoksy)etanolem do uzyskania lepkości w granicach 800 : 1500 mPa-s, po czym żywicę modyfikuje się frakcją alkilorezorcynową oraz zwilżającym środkiem powierzchniowo czynnym w takiej ilości, aby zawartość każdego z nich w gotowym wyrobie wynosiła 0,0005 : 0,5 cg/g.

Korzystnie jest, jeżeli katalizator do procesu kondensacji wprowadza się w dwu lub więcej porcjach, pierwszą przed rozpoczęciem kondensacji, następne w czasie jej trwania.

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

P r z y k ł a d 1.

Do reaktora wprowadza się 188,2 g fenolu, 205,5 g formaliny o stężeniu 38 cg/g i 8,2 g wodorotlenku wapnia. Reakcję prowadzi się w temperaturze 75 ± 1°C do uzyskania mieszalności z wodą 3,5 g/ml w temperaturze 23°C. Następnie zatęża się mieszaninę reakcyjną w temperaturze 40°C pod ciśnieniem 40 barów do zawartości 10,1 cg/g wody i do lepkości 890 mPa-s. Odbiera się 131 g ścieków. Następnie wprowadza się 6,9 g 2-(2-metoksyetoksy)etanolu i 1,0 g frakcji alkilorezorcynowej

PL 213 794 B1 oraz 0,7 g polieteru modyfikowanego dimetylopolisiloksanem, całość miesza się. Otrzymuje się żywicę o następujących właściwościach:

• Zawartość wolnego fenolu, cg/g - 11,8, • Zawartość wolnego formaldehydu, cg/g - 0,10, • Zawartość części nielotnych (135°C, 1 h, 3 g,) cg/g - 74,5, • Lepkość (20°C), mPa-s - 1050, • Mieszalność żywicy z wodą (23°C), ml/g - 3,1.

P r z y k ł a d 2.

Do reaktora wprowadza się 188,2 g fenolu, 205,5 g formaliny o stężeniu 38 cg/g i 9,0 g tlenku wapnia. Reakcję prowadzi się w temperaturze 75 ± 1°C do uzyskania mieszalności z wodą 4,5 g/ml temperaturze 23°C. Następnie zatęża się mieszaninę reakcyjną w temperaturze 40°C pod ciśnieniem barów do zawartości 11,6 cg/g wody i do lepkości 840 mPa-s. Odbiera się 112 g ścieków. Następnie wprowadza się 6,9 g 2-(2-metoksyetoksy)etanolu i 1,0 g frakcji alkilorezorcynowej oraz 0,35 g polieteru modyfikowanego dimetylopolisiloksanem, całość miesza się.

Otrzymuje się żywicę o następujących właściwościach:

• Zawartość wolnego fenolu, cg/g - 9,5, • Zawartość wolnego formaldehydu, cg/g - 0,11, • Lepkość (20°C), mPa-s - 965, • Zawartość części nielotnych (135°C, 1 h, 3 g), cg/g - 74,3, • Mieszalność żywicy z wodą (23°C), ml/g - 3,8.

P r z y k ł a d 3.

Do reaktora wprowadza się 188,2 g fenolu, 221,3 g formaliny o stężeniu 38 cg/g, 3,1 g tlenku wapnia i 4,1 g wodorotlenku wapnia. Reakcję prowadzi się w temperaturze 75 ± 1°C do uzyskania mieszalności z wodą 4,5 g/ml w temperaturze 23°C. Następnie zatęża się mieszaninę reakcyjną w temperaturze 40°C pod ciśnieniem 40 barów do zawartości 12,6 cg/g wody i do lepkości 840 mPa-s. Odbiera się 128 g ścieków. Następnie wprowadza się 6,9 g 2-(2-metoksyetoksy)etanolu i 1,0 g frakcji alkilorezorcynowej oraz 0,5 g polieteru modyfikowanego dimetylopolisiloksanem, całość miesza się.

Otrzymuje się żywicę o następujących właściwościach:

• Zawartość wolnego fenolu, cg/g - 10,2, • Zawartość wolnego formaldehydu, cg/g - 0,09, • Lepkość (20°C), mPa-s - 1125, • Zawartość części nielotnych (135°C, 1 h, 3 g), cg/g - 75,8, • Mieszalność żywicy z wodą (23°C), ml/g - 3,9.

P r z y k ł a d 4 porównawczy.

Do reaktora wprowadza się 715 kg fenolu, 811 kg formaliny o stężeniu 45 cg/g i zawiesinę 23,9 kg wodorotlenku wapnia w 47,8 kg wody. Reakcję prowadzi się w temperaturze 78 * 80°C przez 25 minut, po czym wprowadza się drugą porcję katalizatora - zawiesinę 23,9 kg wodorotlenku wapnia w 47,8 kg wody i proces prowadzi się do uzyskania mieszalności z wodą 5 g/ml w temperaturze 23°C. Następnie zatęża się mieszaninę reakcyjną w temperaturze 40°C pod ciśnieniem 40 barów do zawartości 14,0 cg/g wody i do lepkości 1140 mPa-s. Odbiera się 450 kg ścieków a następnie wprowadza się 25 kg 2-(2-metoksyetoksy)etanolu i 3,8 kg frakcji alkilorezorcynowej, całość miesza się.

Otrzymuje się żywicę o następujących właściwościach:

• Zawartość wolnego fenolu, cg/g - 9,2, • Zawartość wolnego formaldehydu, cg/g - 0,42, • Lepkość (20°C), mPa-s - 915, • Zawartość części nielotnych (135°C, 1 h, 3 g), cg/g - 73,1, • Mieszalność żywicy z wodą (23°C), ml/g - 3,6.

Porcję 200 kg tak otrzymanej żywicy stosuje się do produkcji papieru ściernego. Otrzymany wyrób spełnia wymagania w zakresie wydajności eksploatacyjnej, natomiast rozłożenie ziaren korundu na powierzchni papieru ściernego nie jest w pełni równomierne.

Do kolejnej porcji 200 kg tak otrzymanej żywicy dodaje się 0,7 kg polieteru modyfikowanego dimetylopolisiloksanem i prowadzi się produkcję papieru ściernego. Po dodaniu do żywicy polieteru modyfikowanego dimetylopolisiloksanem problem równomiernego rozłożenia ziaren korundu został rozwiązany.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania żywicy rezolowej do materiałów ściernych, znamienny tym, że fenol i formaldehyd poddaje się kondensacji katalizowanej tlenkiem i/lub wodorotlenkiem wapnia, przy stosunku molowym odpowiednio 1 : 1,2 * 1,7 : 0,05 * 0,10, w temperaturze 60 * 100°C, przy czym kondensację prowadzi się do momentu uzyskania mieszalności żywicy z wodą w zakresie 2,0 * 6,0 g/ml, następnie zatęża się mieszaninę reakcyjną do zawartości wody poniżej 16 cg/g i rozcieńcza się w temperaturze poniżej 40°C 2-(2-metoksyetoksy)etanolem do uzyskania lepkości w granicach 800 * 1500 mPa-s, po czym żywicę modyfikuje się frakcją alkilorezorcynową oraz zwilżającym środkiem powierzchniowo czynnym, w takiej ilości, aby zawartość każdego z nich w gotowym wyrobie wynosiła 0,0005 * 0,5 cg/g.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że katalizator do procesu kondensacji wprowadza się w dwu lub więcej porcjach, pierwszą przed rozpoczęciem kondensacji, następne w czasie jej trwania.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako zwilżający środek powierzchniowo czynny stosuje się polieter modyfikowany dimetylopolisiloksanem.

   Departament Wydawnictw UP RP