Содержание

Введение

1. Исходное сырьё для получения МФС

2. Получение МФС

3. Технология производства

4. Свойства мочевино-формальдегидных смол

5. Применение

Заключение

Список литературы

Введение

Первые продукты конденсации мочевины с формальдегидом (карбамидные смолы) были получены еще в 1896 г., но производство мочевино-альдегидных смол налажено лишь в 1920—1921 гг.

Мочевино-формальдегидные смолы выпускались в виде литых прозрачных органических стекол (например, поллопаса) или прессованных изделий различной формы, но оказалось, что они недолговечны из-за недостаточной водостойкости и растрескивания. Поэтому эти смолы до введения в них наполнителя (целлюлозы, древесной муки, хлопкового волокна) в технике не использовались. Применение наполнителей уменьшило чувствительность изделий к изменению климатических условий. Хотя при этом прозрачность отчасти и терялась, но сохранялась светостойкость и возможность окрашивать изделия в светлые тона, а в ряде случаев получали также и просвечивающие изделия. Эти свойства позволили применять мочевино-формальдегидные смолы в декоративной технике, в которой феноло-формальдегидные смолы непригодны из-за темного цвета. Смолы совместной конденсации мочевины, тиомочевины и формальдегида отверждаются быстрее и водостойкость их лучше, чем мочевино-формальдегидных смол. Но они постепенно окрашиваются, что также ограничивает их применение.

В 1929 г. было впервые налажено производство пресс-порошков на основе мочевино-формальдегидных смол и целлюлозного волокна, а несколько позже (в 1934 - 1936 гг.) — слоистых пластиков на основе смолы и бумаги. Одновременно изучались возможности применения смол для изготовления лаков.

В настоящее время производство лаков и эмалей основано на использовании этерифицированных мочевино-формальдегидных смол и совмещенных продуктов.

В СССР производство мочевино-формальдегидных смол осуществлено на основе работ Г. С. Петрова и А. А. Ваншейдта с сотрудниками.

В настоящее время из мочевино-формальдегидных смол производят пресс-порошки, слоистые материалы, пенопласт, лаки и клеи. Смолы применяют для обработки тканей, бумаги, в производстве древесноволокнистых плит, в качестве связующего для изготовления формовочных смесей при литье металла и т. п.

1 Исходное сырьё для производства МФС

Мочевина. В чистом виде мочевина представляет собой бесцветные длинные иглы или белые призматические кристаллы. Она является диамидом угольной кислоты (карбамидом):

Мочевина – это бесцветный кристалл с молекулярной массой 60.06 г/моль, плотностью 1.335 г/см3, показателем преломления 1.484, температурой плавления 132.7 и температурой возгонки в вакууме 120 – 130 .

Функциональность мочевины до настоящего времени является спорной. Хотя в некоторых реакциях все атомы водорода при атомах азота могут быть замещены, но, как указывает Марвел с сотрудниками, при образовании мочевино-формальдегидных смол она является трифункциональным соединением. Поэтому мочевину правильнее рассматривать как амид аминомуравьиной кислоты.

Водные растворы мочевины имеют нейтральную реакцию на лакмус, - но наличие NH - групп обуславливает слабый основной характер. Константа ионизации мочевины в воде при 25 °С, равная , указывает на ее слабое сродство к протону воды.

Несмотря на недостаточно выраженные свойства мочевины как основания, органические и неорганические кислоты образуют с ней соли. Сильные кислоты (азотная, серная и соляная) дают продукты присоединения в молярном соотношении 1:1, а более слабые органические кислоты (муравьиная, уксусная, пропионовая) — 1:2.

Мочевина достаточно устойчива при температуре плавления (133° С), но при более высокой температуре разлагается, выделяя аммиак и образуя биурет с температурой плавления 193° С:

2CO(NH ) NH +

Нагревание в вакууме до 120—130 °С приводит к возгонке мочевины. В разбавленных водных растворах кислот и щелочей, а также в воде мочевина менее устойчива и начинает разлагаться при нагревании выше 50 °С на аммиак и двуокись углерода.

Мочевина хорошо растворяется в воде, хуже в спирте.

Все современные методы производства мочевины основаны на химическом взаимодействии аммиака с двуокисью углерода и разложении полученных карбаматов аммония на мочевину и воду:

1. CО +2NH H2N-COONH

2. H2N-COONH4 H2O+H NCONH

Обе реакции протекают в автоклаве при 160—200 °С и давлении 120—200 am, с большим выделением тепла. Продукты реакции (вода, мочевина, непрореагировавший карбамат аммония и аммиак, который в ряде процессов берется с большим избытком для повышения выхода мочевины с 40—50 до 75%) под уменьшенным давлением вводятся в другой аппарат. В нем происходит отделение водного раствора мочевины, разложение карбамата аммония на исходные продукты и вывод аммиака и двуокиси углерода для дальнейшего их разделения и рекуперации с целью возврата в производство.

Мочевина применяется в производстве пластмасс, в медицине, используется для разделения органических соединений, стабилизации поливинилхлорида и сополимеров винилхлорида с винилацетатом, как удобрение и в качестве растворителя.

Формальдегид (муравьиный альдегид) — бесцветное газообразное вещество со своеобразным острым запахом; температура кипения -19,2 °С; температура плавления -92 °С; плотность при —20 °С равна 0,8153 г/см3.

Газообразный формальдегид самопроизвольно полимеризуется при комнатной температуре и очень быстро — в присутствии небольших количеств хлористого водорода, фтористого бора и хлористого олова и температуре 90 °С; при этом образуется белый высокоплавкий порошок — параформальдегид — с температурой плавления 164—172 °С.

Параформ, или параформальдегид (СН2О)n, является аморфным полимером формальдегида.

Формальдегид легко растворяется в воде или в водном метаноле. Вода поглощает до 50% СН2О. Большинство исследователей считает, что в водных растворах формальдегид находится почти исключительно в гидратированной форме — в виде метиленгликоля.

СН2О + Н2О HOCH2OH

Этот вывод основан на том, что водные растворы формальдегида кипят при 100 °С, и что дистиллат при перегонке содержит формальдегида меньше, чем кубовый остаток. Если бы растворенный формальдегид не был в виде гидрата, он должен был бы отгоняться даже при слабом нагревании.

Формальдегид в водных растворах любой концентрации склонен к уплотнению с образованием полиоксиметиленгликолей. При этом происходят следующие реакции:

1) Образование димера:

НОСН2ОН + НОСН2ОН HOCH2OCH2OH + Н2О

2) Удлинение цепи:

НОСН2ОСН2ОН + nНОСН2ОН HO(CH O)n+1CH OH + nH2O,

где n = 3 - 4.

Таким образом, водные растворы формальдегида, называемые формалином, всегда содержат растворимые полиоксиметиленгликоли.

Формалин всегда содержит немного муравьиной кислоты, количество которой увеличивается при длительном хранении вследствие окисления формальдегида:

2СН2О + О2 2НСООН

Из других свойств этого простейшего альдегида отмечаются те, которые необходимы для понимания закономерностей образования смол:

1) одновременное самоокисление и самовосстановление альдегидной группы в присутствии водного раствора щелочи, сопровождающееся образованием метилового спирта и муравьиной кислоты;

2) образование ацеталей при нагревании формальдегида сo спиртами (например, бутиловым):

СН2О + 2С4Н9ОН С4Н9ОCН2ОC4Н9 + Н2О;

3) образование гексаметилентетрамина (уротропина) при действии аммиака на формальдегид:

6CH2O + 4NH3 (CH2)6N4 + 6H2O;

Основным промышленным способом получения формальдегида является окисление метилового спирта кислородом воздуха при 400—600 °С в присутствии катализатора. Одновременно протекают две реакции — окисление и дегидрирование:

СН3ОН + О2 СН2О + Н2О + 36,8 ккал/моль;

СН3ОН СН2О + Н2 - 28,8 ккал/моль;

Катализаторами процесса служат серебро, медь, окись молибдена (промотированная железом), фосфат марганца (промотированный молибденом) и др.

В последние годы формальдегид получают также окислением метана кислородом воздуха в присутствии окислов азота при 400—600 °С. Окисление протекает по схеме:

CН4 + O2 CH2O + H2O (основная реакция)

2СН4 + О2 2СН3ОН (побочная реакция)

Разработаны способы получения формальдегида в смеси с другими продуктами реакции окислением кислородом воздуха некоторых углеводородов (пропана, н-бутана, изобутана при 400-500 °С).

2 Получение МФС

Механизм образования мочевино-формальдегидных смол детально не выяснен. Однако установлено, что при поликонденсации мочевины с формальдегидом в водном растворе в зависимости от рН среды, соотношения исходных компонентов, продолжительности реакции и температуры могут быть получены различные продукты. Так, в щелочной среде (рН 11–13) даже в разбавленных растворах образуется монометилолмочевина H2N-CO-NH-CH2-OH; в нейтральных и слабощелочных средах (рН 7–8) в зависимости от соотношения исходных компонентов – моно- и диметилолмочевины OC(NHCH2OH)2. Последняя образуется также при взаимодействии монометилолмочевины с формальдегидом. Положение равновесия этих реакций не зависит от рН среды, а определяется концентрацией реагирующих веществ и температурой.

При взаимодействии мочевины с формальдегидом в сильнокислой среде (рН<3) образующиеся метилолмочевины сразу же подвергаются дегидратации, давая метиленмочевины, например,

которые в условиях реакции быстро превращаются в полиметиленмочевины общей формулы (С2Н4N2O)n - неплавкие и нерастворимые аморфные продукты, не имеющие практического значения. Поэтому для получения мочевино-формальдегидных смол процесс следует проводить в условиях, способствующих образованию метилольных производных мочевины.

Моно- и диметилолмочевины – белые кристаллические продукты, растворимые в воде и метаноле; первый плавится при 111 °С (из этанола), второй – при 121 – 126 °С (из 80%-ного этанола); диметилолмочевина при нагревании растворяется также в этаноле. При нагревании безводные моно- и диметилолмочевины превращаются в полиметиленмочевины; первая полностью переходит в нерастворимый продукт при 100 °С, вторая – выше 140 °С. В водных кислых растворах (рН 4.5–6.0) метилолмочевина способна к дальнейшим превращениям с образованием, вероятно, метилен-бис-амида (I), метилолметилен-бис-амида (II) или простого эфира (III) и азометилена (IV), который сразу же тримеризуется: