RU2160744C1

RU2160744C1 - Method of preparing carbamidoformaldehyde resin

Info

Publication number: RU2160744C1
Application number: RU99119213/04A
Authority: RU
Inventors: Николай Андреевич Янковский; Валерий Андреевич Степанов; Михаил Юрьевич Родыгин; Алина Ивановна Островская; Борис Васильевич Кравченко; Евгения Анатольевна Заугольникова; Тамара Николаевна Золотарева; Юрий Иванович Иванов
Original assignee: Горловское открытое акционерное общество "Концерн Стирол"
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2000-12-20

Abstract

FIELD: technology of manufacture of carbamidoformaldehyde resins used for making wood boards, plywood, wood-working building products, and for gluing furniture components. SUBSTANCE: described is method of preparing carbamidoformaldehyde resin by condensation of carbamide and carbamidoformaldehyde concentrate in several stages in variable acidity medium during heating operation. Condensation is carried out at carbamide to formaldehyde molar ratio of 1:1.85, reaction mixture is heated to 60-70 C, pH is adjusted to 0.2-8.6 and maintained at 70-75 for 25- 30 minutes and pH is then adjusted with 20% ammonium nitrate solution to 5.2-5.4 and reaction-mixture is maintained at 80-82 C for 25-30 minutes, pH is adjusted to 7.3-7.8. Carbamide is added to attain carbamide to formaldehyde molar ratio of 1:1.2-1.22, and reaction mixture is maintained at 55-60 C for 30-40 minutes and pH is then adjusted to 7.5-8.5 and temperature is lowered to 20C. Invention permits eliminating formaldehyde-contaminated sewage, reducing number of process stages, attaining pH fine adjustment in creating acid medium, using less toxic and deficient stock to prepare resin that meets current standards. EFFECT: more efficient preparation method. 4 ex, 3 tbl

Description

Изобретение относится к технологиям производства карбамидоформальдегидных смол, используемых для изготовления древесно-стружечных плит, фанеры, столярно-строительных изделий, склеивания деталей мебели. The invention relates to technologies for the production of urea-formaldehyde resins used for the manufacture of particle boards, plywood, joinery, gluing furniture parts.

Известны способы получения карбамидоформальдегидных смол, технология которых заключается в проведении конденсации карбамида и формальдегида в несколько стадий в среде с переменной кислотностью при нагревании. В качестве исходного сырья используются карбамид и водные растворы формальдегида. Для регулирования pH используют водные растворы кислот и щелочей. Known methods for producing urea-formaldehyde resins, the technology of which consists in the condensation of urea and formaldehyde in several stages in a medium with variable acidity when heated. Urea and aqueous formaldehyde solutions are used as feedstock. To adjust the pH using aqueous solutions of acids and alkalis.

Недостатками известных способов являются многостадийность процесса конденсации, наличие сточных вод, использование дефицитных реактивов для плавного регулирования pH. [1. Энциклопедия полимеров. Изд. "Советская энциклопедия". Т. 2, c. 310-315]. The disadvantages of the known methods are the multi-stage process of condensation, the presence of wastewater, the use of scarce reagents for smooth regulation of pH. [1. Encyclopedia of Polymers. Ed. "Soviet Encyclopedia". T. 2, p. 310-315].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения карбамидоформальдегидной смолы конденсацией карбамида и карбамидоформальдегидного концентрата, который содержит 45-65% формальдегида в мольном соотношении карбамида и формальдегида 1:1,6:2,2 при pH 6,0-8,5 и температуре 20-80^oC в течение 0,5-10 часов, затем в кислотной среде при pH 3,5-5,5 при повышении температуры от 70^oC до температуры кипения. Затем pH доводят до 7-9, добавляют карбамид до мольного соотношения 1:1,2-1,6 и выдерживают реакционную смесь 0,5-2 часа при температуре 60-80^oC с последующим понижением температуры в пределах: от 0 до 35^oC [2. Патент RU N 2059663 C1, МКИ C 08 G 12/12, 10.05.96 - прототип].The closest in technical essence and the achieved effect is a method for producing a urea-formaldehyde resin by condensation of urea and urea-formaldehyde concentrate, which contains 45-65% formaldehyde in a molar ratio of urea and formaldehyde of 1: 1.6: 2.2 at a pH of 6.0-8.5 and a temperature of 20-80 ^o C for 0.5-10 hours, then in an acidic environment at a pH of 3.5-5.5 with increasing temperature from 70 ^o C to the boiling point. Then the pH was adjusted to 7-9, urea was added to a molar ratio of 1: 1.2-1.6, and the reaction mixture was kept for 0.5-2 hours at a temperature of 60-80 ^o C, followed by a decrease in temperature in the range from 0 to 35 ^o C [2. Patent RU N 2059663 C1, MKI C 08 G 12/12, 05/10/96 - prototype].

Недостатками указанного способа являются длительность процесса конденсации, большие энергозатраты и себестоимость готового продукта. The disadvantages of this method are the duration of the condensation process, high energy consumption and the cost of the finished product.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения карбамидоформальдегидной смолы путем проведения конденсации смеси карбамида и кapбaмидoфopмaльдeгиднoгo концентрата (КФК), подбора условий конденсации, обеспечивающих сокращение времени конденсации, снижение энергозатрат и себестоимости готовой продукции. The basis of the invention is the task of improving the method of producing urea-formaldehyde resin by condensation of a mixture of urea and carbamide-formaldehyde concentrate (CPK), the selection of condensation conditions that reduce condensation time, reduce energy consumption and cost of finished products.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения карбамидоформальдегидной смолы конденсацией карбамида и карбамидоформальдегидного концентрата в несколько стадий в среде с переменной кислотностью при нагревании, согласно способу, конденсацию осуществляют при мольном соотношении карбамида и формальдегида 1:1,85, редакционную смесь нагревают до 60-70^oC, доводят pH до 8,2-8,6 и выдерживают в течение 25-30 минут при температуре 70-75^oC, затем 20%-ным раствором нитрата аммония доводят pH до 5,2-5,4 и выдерживают реакционную смесь 25-30 минут при 80-82^oC, доводят pH до 7,3-7,8, добавляют карбамид до мольного соотношения карбамида и формальдегида 1: 1,2-1,22 и выдерживают реакционную смесь 30-40 минут при температуре 55-60^oC с последующим доведением pH до 7,5-8,5 и понижением температуры до 20^oC.The problem is achieved in that in the method for producing a urea-formaldehyde resin by condensation of urea and urea-formaldehyde concentrate in several stages in a medium with variable acidity when heated, according to the method, the condensation is carried out at a molar ratio of urea and formaldehyde of 1: 1.85, the editorial mixture is heated to 60- 70 ^o C, adjust the pH to 8.2-8.6 and incubated for 25-30 minutes at a temperature of 70-75 ^o C, then with a 20% solution of ammonium nitrate, adjust the pH to 5.2-5.4 and maintain reaction mixture 25-30 minutes at 80-82 ^o C, adjust the pH to 7.3-7.8, add urea to a molar ratio of urea and formaldehyde of 1: 1.2-1.22 and maintain the reaction mixture for 30-40 minutes at a temperature of 55-60 ^o C, followed by adjusting the pH to 7.5-8.5 and lowering the temperature to 20 ^o C.

Использование КФК по ТУ 113-03-469-80, который содержит высокую концентрацию формальдегида 54-60% (в известном 40%) и воды 16-26% (в известном 60%), причем только 20% формальдегида от его общего количества находится в свободном виде, рациональный подбор соотношения карбамида к формальдегиду и условий конденсации позволяют уменьшить число стадий процесса с семи до четырех, если даже учитывать стадию приготовления КФК, достичь требуемого количества твердой части, что исключает необходимость отгонки воды и устраняет сточные воды, которые загрязнены формальдегидом, при этом достигается низкое содержание свободного формальдегида в смоле, что расширяет область ее применения. The use of CPK according to TU 113-03-469-80, which contains a high concentration of formaldehyde 54-60% (known 40%) and water 16-26% (known 60%), and only 20% of its total amount is in its free form, a rational selection of the ratio of urea to formaldehyde and condensation conditions can reduce the number of process steps from seven to four, even if we take into account the stage of preparation of CPK, to achieve the required amount of solid part, which eliminates the need for distillation of water and eliminates wastewater that is contaminated with formal degidom, while achieving low free formaldehyde content in the resin that expands its application field.

Применение 20%-ного раствора NH₄NO₃ для создания кислой среды в процессе конденсации обеспечивает плавное регулирование pH реакционной среды и позволяет использовать менее токсичное и белее доступное сырье.The use of a 20% solution of NH ₄ NO ₃ to create an acidic medium in the condensation process provides a smooth adjustment of the pH of the reaction medium and allows the use of less toxic and whiter available raw materials.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. The proposed method is as follows.

В реактор с мешалкой загружают карбамидоформальдегидный концентрат по ТУ 113-03-469-80 с содержанием фольмальдегида 60% карбамида 24%, добавляют обессоленную воду и карбамид, смесь перемешивают до получения однородного раствора, затем смесь нагревают и добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 8,6. Конденсацию карбамида и формальдегида осуществляют в несколько стадий в среде с переменной кислотностью при нагревании, плавное регулирование pH реакционной среды обеспечивают 20%-ным раствором NH₄NO₃.Urea-formaldehyde concentrate according to TU 113-03-469-80 with follicdehyde content of 60% urea 24% is loaded into a stirred reactor, demineralized water and urea are added, the mixture is stirred until a homogeneous solution is obtained, then the mixture is heated and 10% NaOH solution is added until pH 8.6. The condensation of urea and formaldehyde is carried out in several stages in a medium with variable acidity when heated, a smooth adjustment of the pH of the reaction medium is provided with a 20% solution of NH ₄ NO ₃ .

Пример 1. Используют реактор с мешалкой. Example 1. Use a reactor with a stirrer.

Реакционную смесь перемешивают во время конденсации. В реактор загружают 127 л КФК с содержанием формальдегида 60% и карбамида 24%, добавляют 62,4 л обессоленной воды и 62 кг карбамида, смесь перемешивают до получения однородного раствора, затем смесь нагревают до 70^oC и добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 8,6. Конденсацию ведут 20 минут при 75^oC, при этом наблюдается закисление реакционной массы до рН 6,4. После этого добавляют 20%-ный раствор NH₄NO₃ до рН 5,2, смесь нагревают до 80^oC и ведут конденсацию 25 минут. Добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 7,8 и 42 кг карбамида, охлаждают до 60^oC и конденсацию ведут 30 мин. Добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 8,5, охлаждают до 20^oC. Полученный продукт анализируют. Результаты приведены в таблице 2.The reaction mixture is stirred during condensation. 127 l of CPA with a formaldehyde content of 60% and urea 24% are loaded into the reactor, 62.4 l of demineralized water and 62 kg of urea are added, the mixture is stirred until a homogeneous solution is obtained, then the mixture is heated to 70 ^° C and a 10% NaOH solution is added up to pH 8.6. Condensation is carried out for 20 minutes at 75 ^o C, while there is an acidification of the reaction mass to a pH of 6.4. After that, add a 20% solution of NH ₄ NO ₃ to a pH of 5.2, the mixture is heated to 80 ^o C and conduct condensation for 25 minutes. A 10% NaOH solution was added to a pH of 7.8 and 42 kg of urea, cooled to 60 ^° C and condensation was carried out for 30 minutes. A 10% NaOH solution was added to a pH of 8.5, cooled to 20 ^° C. The resulting product was analyzed. The results are shown in table 2.

Пример 2. Аналогично примеру 1. В реактор загружают 134 л КФК с содержанием формальдегида 57% и карбамида 22%, добавляют 54,8 л обессоленной воды и 63,4 кг карбамида, смесь перемешивают до получения однородного раствора, затем смесь нагревают до 60^oC и добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 8,2. Конденсацию ведут 30 минут при 70^oC, при этом наблюдается снижение pH 7,0. После этого добавляют 20%-ный раствор NH₄NO₃ до pH 5,4, смесь нагревают до 80^oC и ведут конденсацию 30 минут. Добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 7,3 и 42 кг карбамида, охлаждают до 55^oC и конденсацию ведут 40 мин. Добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 7,5, охлаждают до 20^oC. Полученный продукт анализируют. Результаты приведены в таблице 2.Example 2. Analogously to example 1. 134 l of CPA with a formaldehyde content of 57% and urea of 22% are loaded into the reactor, 54.8 l of demineralized water and 63.4 kg of urea are added, the mixture is stirred until a homogeneous solution is obtained, then the mixture is heated to 60 ^o C and add a 10% solution of NaOH to a pH of 8.2. Condensation is carried out for 30 minutes at 70 ^o C, while there is a decrease in pH of 7.0. After that, add a 20% solution of NH ₄ NO ₃ to a pH of 5.4, the mixture is heated to 80 ^o C and conduct condensation for 30 minutes. A 10% NaOH solution was added to a pH of 7.3 and 42 kg of urea, cooled to 55 ^° C and the condensation was carried out for 40 minutes. A 10% NaOH solution was added to pH 7.5, cooled to 20 ^° C. The resulting product was analyzed. The results are shown in table 2.

Пример 3. Аналогично примеру 1. В реактор загружают 141 л КФК с содержанием формальдегида 54% и карбамида 20%, добавляют 42,8 л обессоленной воды и 64,7 кг карбамида, смесь перемешивают до получения однородного раствора, затем смесь нагревают до 65^oC и добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 8,4. Конденсацию ведут 25 минут при 75^oC, при этом наблюдается снижение pH до 6,8. После добавляют 20%-ный раствор NH₄OH₃ до pH 5,3, смесь нагревают до 80^oC и ведут конденсацию 30 минут. Добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 7,5 и 42 кг карбамида, охлаждают до 60^oC и конденсацию ведут 35 мин. Добавляют 10%-ный раствор NaOH до pH 8,0, охлаждают до 20^oC. Полученный продукт анализируют. Результаты приведены в таблице 2.Example 3. Analogously to example 1. 141 l of CPA with a formaldehyde content of 54% and urea of 20% are loaded into the reactor, 42.8 l of demineralized water and 64.7 kg of urea are added, the mixture is stirred until a homogeneous solution is obtained, then the mixture is heated to 65 ^o C and add a 10% solution of NaOH to a pH of 8.4. Condensation is carried out for 25 minutes at 75 ^o C, while there is a decrease in pH to 6.8. Then add a 20% solution of NH ₄ OH ₃ to a pH of 5.3, the mixture is heated to 80 ^o C and conduct condensation for 30 minutes. A 10% NaOH solution was added to a pH of 7.5 and 42 kg of urea, cooled to 60 ^° C and condensation was carried out for 35 minutes. A 10% NaOH solution was added to a pH of 8.0, cooled to 20 ^° C. The resulting product was analyzed. The results are shown in table 2.

Пример 4 (контрольный). Аналогично примеру 3. КФК содержит формальдегида 45% и карбамида 18%. Готовый продукт содержит твердой части 57%. Результаты приведены в таблице 1, 2. Example 4 (control). Analogously to example 3. CPK contains formaldehyde 45% and urea 18%. The finished product contains a solid part of 57%. The results are shown in table 1, 2.

Приведенные данные показывают, что по предлагаемому способу процесс имеет четыре стадии, сточные воды отсутствуют, значительно сокращается процесс конденсации, снижаются зергозатраты. Качество готового продукта (см. примеры 1-3, таблица 2) соответствуют требованиям действующих стандартов. The above data show that according to the proposed method, the process has four stages, there is no wastewater, the condensation process is significantly reduced, zeros costs are reduced. The quality of the finished product (see examples 1-3, table 2) meet the requirements of current standards.

При использовании в способе КФК с содержанием формальдегида и карбамида, ниже требований ТУ 113-03-469-80 (пример 4), готовый продукт содержит твердой части 57%, что ниже требований ГОСТ 14231-88 (Смолы карбамидоформальдегидные). Cледовательно, требуется дополнительная стадия отгонки и появляются сточные воды. When used in the KFK method with formaldehyde and urea content, below the requirements of TU 113-03-469-80 (example 4), the finished product contains a solid part of 57%, which is lower than the requirements of GOST 14231-88 (urea-formaldehyde resins). Consequently, an additional distillation step is required and waste water appears.

Таким образом, предложенный способ получения карбамидоноформальдегидной смолы позволяет исключить сточные воды, загрязненные формальдегидом, добиться тонкой регулировки pH при создании кислой среды, сократить время конденсации, снизить энергозатраты и себестоимость готовой продукции, получать смолу, удовлетворяющую требованиям действующих стандартов. Thus, the proposed method for producing a urea-formaldehyde resin allows eliminating wastewater contaminated with formaldehyde, achieving fine adjustment of pH when creating an acidic environment, reducing condensation time, reducing energy consumption and cost of finished products, and obtaining a resin that meets the requirements of current standards.

Claims

A method of producing a urea-formaldehyde resin by condensation of urea and a urea-formaldehyde concentrate in several stages in a medium with variable acidity by heating, characterized in that the condensation is carried out at a molar ratio of urea and formaldehyde of 1: 1.85, the reaction mixture is heated to 60 - 70 ^° C, the pH is adjusted to 8.2 - 8.6 and incubated for 25-30 minutes at a temperature of 70 - 75 ^o C, then with a 20% solution of ammonium nitrate, the pH was adjusted to 5.2 - 5.4 and the reaction mixture was kept for 25-30 minutes at 80 - 82 ^o C, the pH is adjusted to 7.3 - 7.8, is added arbamid molar ratio of urea to formaldehyde of 1: 1.2 - 1.22 and the reaction mixture was 30 - 40 minutes at a temperature of 55 - 60 ^o C, followed by adjusting pH to 7.5 - 8.5 and the temperature is lowered to 20 ^o C. .