Полимеры на основе амидо- и аминоформальдегидной поликонденсации
Третью группу конденсационных полимеров составляют полимеры, получаемые путем амидо- и аминоформальдегидной поликонденсации.
К амидоформальдегидным полимерам относят мочевиноформальдегидные (карбамидные) и меламиноформальдегидные, а также анилиноформальдегидный полимер.
Из этой группы полимеров более широко применяют в строительной технике рассматриваемые ниже карбамидные и меламиноформальдегидные полимеры.
Карбамидные (мочевиноформальдегидные) полимеры. В промышленности карбамидные полимеры применяют более фенолофор-мальдегидных, потому что в отличие от последних изделия из карбамидных полимеров бесцветны или имеют светлую окраску, что имеет большое значение для изготовления отделочных строительных материалов.
В результате реакции мочевины с формальдегидом можно получить как термопластичные, так и термореактивные полимеры. Одна из составных частей этих полимеров — мочевина (карбамид), имеющая формулу CO(NН2)2, имеет вид бесцветных кристаллов, которые хорошо растворимы в воде.
Первоначально карбамид получали на основе открытой в 1868 г. русским ученым А. И. Базаровым реакции разложения карбоната аммония.
В настоящее время для промышленного способа получения мочевины пользуются реакцией взаимодействия углекислого газа с аммиаком или реакцией гидратации цианамида.|
В последние годы твердо установлено, что состав и физико-химические свойства продуктов, получаемых при взаимодействии мочевины с формальдегидом, полностью определяются соотношением их концентраций в исходной смеси, а также природой и концентрацией применяемых катализаторов.
В нейтральной или слабощелочной среде при сравнительно низких температурах (около 40°) в начальной стадии реакции взаимодействия мочевины с формальдегидом, как правило, получаются метилолмочевины.
При исходном соотношении мочевины к формальдегиду, равном 1:1, образуется преимущественно монометилолмочевина.
При соотношении составляющих 1:2 больше получается диметилолмочевины.
Метилолмочевина представляет собой кристаллическое вещество, способное растворяться в воде и спиртах. В сильно кислой среде и при сравнительно высоких температурах в качестве первичного продукта образуется преимущественно метиленмочевина.
Метиленмочевины представляют собой аморфные неплавкие и труднорастворимые порошки. Поэтому их можно считать полимерными соединениями линейного строения, из которых может образоваться трехмерная структура.
Хотя моно-, ди- и полиметиленмочевины способны образовывать термореактивные полимеры, однако при их наличии ухудшается прозрачность полимеров и снижается механическая прочность. Поэтому стараются вести процесс таким образом, чтобы образующийся полимер получился непосредственно путем поликонденсации моно- и диметилолмочевины.|
Производство мочевиноформальдегидных полимеров ведут в три стадии. На первой получают диметилолмочевину или смесь ее с монометилолмочевиной. Далее нагревают смесь (конденсация или сушка с наполнителем) в слабо кислой среде, чтобы сохранить растворимость полимера в воде и избежать образования метиленмочевины.
Для успешного проведения конечной стадии процесса, протекающего при повышенной температуре и давлении, в полимере необходима свободная кислота. Поликонденсация в таких условиях возможна при условии, если на второй стадии процесса в смесь вводят соединения, стойкие при температуре конденсации и разлагающиеся с выделением кислоты лишь при высоких температурах, т. е. на той стадии, когда полимер начинает затвердевать.
Для этих целей пригодны соединения формальдегида с уротропином. При нагревании 1 моля гексаметилентетрамина (уротропина) с 2 молями формальдегида образуются соединения, дающие соли фталевой, малеиновой, адипиновой или стеариновой кислот. Эти соли вводят в раствор полимера перед его смешиванием с наполнителем. Во время прессования при 140-150° эти соли разлагаются с выделением свободных кислот, ускоряющих поликонденсацию.
Большое значение имеет при этом температура поликонденсации. При низких температурах, даже в присутствии значительных количеств конденсирующихся веществ, продукты поликонденсации оказываются неводостойкими. Для получения водостойких полимеров необходимо нагревать смесь до температуры не ниже 170°.|
Благодаря своим ценным техническим и физико-химическим свойствам мочевиноформальдегидные полимеры широко применяют в строительной технике. Основными преимуществами мочевиноформальдегидных полимеров перед фенолоформальдегидными являются их бесцветность, светостойкость, твердость и отсутствие запаха. Кроме того, карбамидные полимеры стойки к таким растворителям, как спирты, ацетон, хлороформ и др.
Карбамидные полимеры дешевле фенолоформальдегидных. Однако по многим другим показателям (в первую очередь, водо-, кислото- и термостойкость) они уступают фенольным. Карбамидные полимеры применяют главным образом для получения пластических масс (литые пластмассы, пресс-порошки), лаков, клеев и пористых материалов.
Литые мочевиноформальдегидные полимеры получают так же, как фенолоформальдегидные. Несмотря на то что литые мочевиноформальдегидные полимеры имеют некоторые преимущества перед фенолоформальдегидными, в промышленности их применяют мало, поскольку они гигроскопичны, со временем мутнеют, трескаются.
Широко применяют пресс-порошки из мочевиноформальдегидных полимеров. Получают их обычно пропитыванием наполнителя полимерообразующим агентом с последующей конденсацией. Наполнителями могут служить как минеральные, так и органические вещества, в основном содержащие целлюлозу. Более распространены пресс-порошки из мочевиноформальдегидных полимеров с целлюлозным наполнителем. По внешнему виду они бывают прозрачные и непрозрачные (в последнем случае они содержат минеральные красители).|
Из мочевиноформальдегидных полимеров и слоистых наполнителей (бумага) получают бумопласты. По прочности слоистые мочевиноформальдегидные полимерные материалы на основе ткани, бумаги и стеклоткани сходны с фенопластами. Они более светостойки, окрашиваются в яркие цвета, не имеют запаха, но уступают фенопластам в водо- и термостойкости. Из мочевиноформальдегидных полимеров с наполнителями изготовляют облицовочные плиты; их используют также для производства древесностружечных плит.
Из мочевиноформальдегидных полимеров изготовляют пенопласты, которые более термостойки, чем пенопласта из термопластичных полимеров. Их целесообразно применять в качестве теплоизоляционных материалов. Например, мипору (вспененный мочевиноформальдегидный полимер с включением огнезащитных фосфорных солей) широко применяют для тепловой изоляции. Этот материал чрезвычайно легок, негорюч. Величина коэффициента теплопроводности его такая же, как и у пробки (0,03).
Вследствие хорошей светостойкости и бесцветности мочевиноформальдегидные полимеры широко применяют в производстве лаков и эмалей. Однако немодифицированные полимеры не растворяются в органических растворителях и не совмещаются с другими веществами, входящими в состав лаков. К тому же в водных растворах они нестойки.
В результате модифицирования мочевиноформальдегидные полимеры становятся растворимыми в органических растворителях, стабильными и совместимыми с другими полимерами, маслами и эфирами целлюлозы.|
Из модифицированных полимеров изготовляют изоляционные лаки для покрытия металлов, стекол, а также лаки для покрытия паркетных полов. Эти лаки дают твердые, прозрачные и блестящие пленки.
Одним из самых дешевых клеев являются клеи, полученные на основе мочевиноформальдегидных полимеров. Эти клеи применяют преимущественно для склеивания древесины (фанеры), а также пористых материалов.
Меламиноформальдегидные полимеры. Полимеры этой группы имеют ряд преимуществ перед мочевиноформальдегидными (быстрое затвердевание, блеск, высокая твердость, большая водостойкость и т. п.).
Меламин представляет собой циклическое соединение, ядро которого состоит из 3 атомов углерода и 3 атомов азота. Меламин может находиться в двух изомерных формах.
В обычных условиях меламин находится преимущественно в первой аминной форме, которая более устойчива. Меламин, представляющий собой белые призматические кристаллы с температурой плавления около 354°, плохо растворяется в воде и сравнительно хорошо в формалине. При производстве полимеров в промышленных условиях используют это свойство меламина и ведут реакцию в растворе формалина. Реакция поликонденсации меламина с формальдегидом во многом сходна с реакцией поликонденсации мочевины с формальдегидом. Отличие заключается в том, что в меламине имеются 6 реакционноспособных атомов водорода, в то время как в мочевине их 4.|
Вследствие наличия шести реакционноспособных групп в молекуле меламина в полученном пространственном полимере число «сшивок» между отдельными линейными молекулами намного больше, чем в молекуле мочевиноформальдегидного полимера. Этим объясняется высокая твердость, прочность, теплостойкость и водостойкость меламиноформальдегидных полимеров по сравнению с мочевиноформальдегидными.
Немодифицированные меламиноформальдегидные полимеры растворимы в воде, в связи с чем их применяют обычно в виде водных растворов. Такие полимеры не совмещаются с пленкообразующими веществами и пластификаторами, вследствие чего их применяют ограниченно в качестве лаков.
Для того чтобы меламиноформальдегидные полимеры растворялись в органических растворителях и совмещались с различными добавками, их, так же как фенолоформальдегидные и мочевиноформальдегидные полимеры, модифицируют.
Выше отмечалось, что меламиноформальдегидные полимеры светостойки, прозрачны и нетоксичны. По сравнению с мочевиноформальдегидными они более прозрачны и тверды, водо- и теплостойки.
Смеси из меламиноформальдегидных, фенолоформальдегидных и других полимеров в сочетании с древесным шпоном, тканью и бумагой успешно применяют для производства облицовочных плит. Эти смеси используют также для получения стеклопластиков, из которых в свою очередь изготовляют изделия крупных габаритов, прессуя их при низких давлениях.|
Модифицированные меламиноформальдегидные полимеры используют (в виде растворов в бутиловом спирте, толуоле, кислоте и т. д.) в качестве лаков холодной и горячей сушки. Такие лаки применяют широко, поскольку они обладают высокой водо- и атмосферостойкостью.
Вследствие хорошей совместимости меламиноформальдегидных полимеров с нитроцеллюлозой их также широко используют для получения нитролаков. Нитролаки обладают хорошей устойчивостью к высоким температурам, антикоррозионностью, эластичностью, придают изделиям блеск и цветоустойчивость. Такими лаками покрывают мебель и различные столярные изделия.
Стоимость меламиноформальдегидных полимеров значительно выше, чем феноло- и мочевиноформальдегидных. Поэтому к ним часто добавляют другие, более дешевые полимеры для снижения стоимости изделий.
Меламиноформальдегидные полимеры широко применяют для получения водостойких бумаг.
Клеи из меламиноформальдегидных полимеров по прочности и влагостойкости не уступают фенолоформальдегидным. Их выпускают в жидком и пастообразном состоянии. Особенно распространены смешанные меламиномочевиноформальдегидные клеи, используемые главным образом в деревообрабатывающей и фанерной промышленности.
13988 всего просмотров, 0 просмотров за сегодня
