Приготовления смол, применяемых в производстве древесно-волокнистых плит
На данный момент в производстве древесно-волокнистых плит используются следующие типы смол:
а) фенольно-формальдегид-ные смолы резольного типа, растворимые в спирте;
б) фенольно-формальдегидные смолы резольного типа, растворимые в водных щелочах;
в) мочевино-формальдегидные, меламино-формальде-гидные, и комбинированные мочевино-меламино-формаль-дегидные смолы в виде водных эмульсий.
Варка резольных смол, растворимых в спирте
Для резольных спирторастворимых смол в качестве исходного сырья помогает фенол кристаллический, каменноугольный, либо синтетический, 33—40%-ный формалин и 25%-ный раствор аммиака в воде (нашатырный спирт) в качестве катализатора.
Расчет рецептуры ведется в большинстве случаев на 100 частей фенола, причем не только кристаллического, вместе с тем и жидкого. В большинстве случаев в рецептуру на 100 частей кристаллического фенола входит от 37 до 43% формалина, считая на формальдегид. Жидкий фенол требует повышенного (40—43%) содержания формальдегида в рецептуре.
Количество 25%-ного раствора аммиака колеблется в пределах от 4 до 8% от веса фенола, в большинстве случаев 6%. Варку резоль-ной смолы возможно вести кроме этого в присутствии 0,5—0,75% едкого натра как катализатора, нужно лишь иметь в виду, что катализатор — едкий натр требует иного соотношения между формальдегидом и фенолом (на 1 моль фенола 1,5—2 моля формальдегида), чем катализатор аммиак (1 моль фенола на 1 моль формальдегида, либо 6 молей фенола на 7 молей формальдегида).
Не считая едкого натра, катализатором при варке резольных смол могут служить кроме этого кальцинированная сода и поташ. В технологии спирторастворимых смол, используемых для производства древесно-волокнистых плит, самый удобным катализатором был аммиак, в основном вследствие того что жёсткие катализаторы, остающиеся по окончании варки в готовой смоле, снижают ее влагостойкость, а это как правило нежелательно. Аммиак же в большой части удаляется при сушке смолы и термополимеризации и последующих процессах сушки пропитанных смолой пленок либо плиты, благодаря чего он отрицательного влияния на влагостойкость оказать неимеетвозможности.
Приготовление смолы (т. е. процессы варки и сушки) производится полностью в одном аппарате; в этом случае водный слой не отделяют от смолы, а создают выпаривание воды (т. е. процесс сушки смолы) под вакуумом. Таковой метод именуется одноаппа-ратным. В другом случае сваренную в котле-бакелизаторе смолу отделяют от водного слоя в отстойниках, а после этого перегружают для сушки в особенный вакуум-выпарной аппарат. Данный метод именуется двухаппаратным.
Принципиальная отличие между вакуум-аппаратом и бакелизатором, что при одноаппаратном методе кроме этого есть вакуум-аппаратом, содержится в том, что у бакелизатора намного меньшая площадь зеркала испарения жидкости довольно ее количества в аппарате, если сравнивать с зеркалом испарения вакуум-аппарата однообразного количества. Это проистекает из необходимости иметь относительно маленькое зеркало испарения в бакелизаторе чтобы не было установки громоздких обратных большого расхода и холодильников электричества на подачу охлаждающей воды при варке смолы.
Иначе, у вакуум-выпарного аппарата нужно иметь максимальное зеркало испарения, поскольку от этого зависит его производительность. При большом производстве смол целесообразнее двухаппаратный метод.
Преимущества двухаппарат-ного метода сводятся к меньшему расходу пара на сушку смолы, поскольку вода удаляется по окончании отстаивания на обезфеноливание и в канализацию, и к лучшему применению емкости варочного аппарата, что при данном методе делает функции, более характерные его конструкции. Преимуществами одноаппаратного метода являются: а) отсутствие операции перегрузки смолы, б) уменьшение количества аппаратов в цехе, упрощение схемы производства, в) повышенный выход смолы (отсутствуют утраты смолы в канализацию), г) лучшие санитарные условия труда (отсутствие формальдегида и выделений фенола, что неизбежно при перегрузках смолы), д) отсутствие вредных сточных вод, содержащих фенол.
Способ загрузки реагентов в варочный котел-бакелизатор при помощи насосов по трубопроводам через мерники-дозаторы есть очень эргономичным. Наряду с этим методе загрузки реагентов формалин переливается из емкостей в луженый металлический цилиндрический резервуар, снабженный мешалкой. Необходимость перемешивания обусловливается тем, что при сильном охлаждении из формалина выпадает жёсткий осадок — параформаль-дегид.
В качестве мерников помогают цилиндрические вертикальные резервуары подходящей емкости, снабженные поплавками, другими приспособлениями и стеклянными уровнями для замера расхода формалина. При обрисованном методе загрузки реагентов фенол предварительно, перед подачей в мерник, преобразовывается в жидкость методом выплавления в особенных выплавителях. Один из типов выплавителей изображен на рис.
1. Перед подачей в вы-плавитель барабаны с фенолом вскрывают и, не разгружая, закатывают и выплавитель, что должен быть заглублен под полом помещения выплавки фенола. Выплавитель имеет две полых плиты 1, вовнутрь которых подается греющий пар. Бочки помещают на верхней плите отверстием вниз.
Фенол расплавляется, вытекает из барабана и перетекает по переливной трубке 2 в следующий, нижний этаж выплавителя. Наряду с этим на верхней плите образуется слой расплавленного фенола, наличие которого активизирует расплавление содержимого барабанов. По окончании окончания расплавления остаток фенола опускают вниз по трубам.
Для выдерживания фенола в выплавителе в расплавленном состоянии имеется паровой змеевик. Мерники, и трубопроводы для расплавленного фенола снабжены рубахой для обогрева паром. Вместо фенола и раздельной загрузки формалина в бакелизатор из мерников возможно заблаговременно приготовить готовую смесь этих компонентов смолы в смесителе. В качестве смесителя может служить монжю (рис. 2).
Данный аппарат соединен трубопроводами с выпла-вителем и мерниками формалина и фенола. Для перемешивания используется сжатый воздушное пространство, что подводится по трубе, имеющей в нижней части отверстия для выхода воздуха. По трубе подводится сжатый воздушное пространство для передавливания формалина и смеси фенола из аппарата монжю в бакелизатор.
Труба помогает для взятия пробы, а труба для сообщения аппарата монжю с наружным воздухом. По окончании изготовление смеси отбирается проба для анализа на формалин и фенол, после этого смесь подается в бакелизор. Катализатор заблаговременно в смесь не добавляется, а вводится конкретно в бакелизатор перед началом варки смолы.
Рис. 1. Выплавитель для фенола: 1 — полые плиты; 2 — переливная трубка; 3 — трубы; 4 — змеевик
Рис. 2. Аппарат монжю: 1—4 — трубы
Схема в большинстве случаев используемой установки для варки резольной смолы приведена на рис. 3.
Установка складывается из бакелизатора, что при одноап-паратной схеме несет кроме этого функции вакуум-аппарата. Бакели-затор соединен с двумя водяными холодильниками, из которых холодильник трудится как обратный лишь на протяжении варки смолы, а холодильник трудится как прямой по окончании варки смолы, лишь в течение процесса ее сушки. Холодильник соединен со сборником конденсата (ресивером), а последний — с вакуум-насосом.
Бакелизатор является котлом , имеющий в нижней части форму полусферы, а в средней части — форму цилиндра. Материалом для изготовления бакелизато-ров прежде служила медь, луженая с поверхности оловом, или железо, покрытое эмалью, а в отдельных случаях никель. Сейчас для изготовления бакелизаторов используется нержавеющая сталь отечественных марок. Количество бакелизатора выбирается в зависимости от масштабов производства и образовывает в большинстве случаев не более 2—4 м3.
Котлы большей емкости обходятся дешевле и занимают меньше места в пересчете на единицу производимой продукции, но в громадных котлах очень затруднительно совершить процесс стремительного охлаждения содержимого бакелизатора в момент начала экзотермической реакции. Это может привести к браку и к выходу из строя бакелизатора, в связи с чем для варки резольных смол использование котлов большей емкости не может быть рекомендовано.
Для уменьшения теплопотерь бакелизатор снаружи снабжается тепловой изоляцией. Крышка его, имеющая выпуклую форму, снабжена люком для загрузки сырья. Штуцер для выпуска готовой смолы находится в днище бакелизатора. Обогрев бакелизатора паром не прямой — через паровую рубаху, вычисленную на давление пара до 3 ат. Сам бакелизатор рассчитывается на избыточное давление в 1 ат.
Разрежение при сушке может доходить до 700 мм рт. ст. На трубопроводе, соединяющем бакелизатор с холодильником, устанавливаются ловушки чтобы не было перебросов смолы. Размеры бакелизатора: диаметр Цилиндрической части и радиус сферической части 1350 мм, неспециализированная высота 1700 мм. Поверхность нагрева бакелизатора, окруженная рубахой, равна 6 м2. Охлаждающая поверхность холодильников 300 м2. Сборник для конденсата имеет емкость 1 м3.
Толщина стенок бакелизатора 12 мм, рубахи 10 мм, крышки 5 мм. Спускная труба для готовой смолы имеет d= 120 мм. Контрольно-измерительная аппаратура складывается из термографа, термометра, установленного в железной гильзе, закрепленной в крышке бакелизатора, манометров для измерения давления давления и пара воды в рубахе бакелизатора. Вакуум-насос поршневого типа, горизонтальный одноцилиндровый, двойного действия; протяженность его 1080 мм, ширина 927 мм, высота 900 мм.
Распределение насоса — золотниковое. Между насосом и прямым холодильником устанавливаются два ресивера количеством по 0,15 м3. Бакелизатор снабжен мешалкой якорного типа, делающей 40—50 об/мин. Вертикальный вал мешалки пропущен через крышку бакелизатора.
Движение работы при варке спирторастворимой смолы следующий: в бакелизатор через мерники загружают вычисленное количество формалина и расплавленного фенола или готовой смеси этих реагентов. После этого вводят совершенно верно отвешенное количество катализатора и приводят во вращение мешалку.
По окончании тщательного перемешивания компонентов в рубаху бакелизатора пускают пар и нагревают смесь фенола с формалином при постоянном перемешивании , пока температура в бакелизатора не достигнет 70°. После этого впуск пара прекращают, поскольку начинается бурно протекающая экзотермическая реакция конденсации резольной смолы. Предстоящее нагревание является следствием теплоты, выделяющейся в следствии указанной экзотермической реакции.
В то время, когда температура в бакелизаторе достигает 95°, при закрытом паре в рубаху бакелизатора пускают холодную воду, дабы задержать бурный движение реакции, сопровождающейся обильным выделением воды. Этим охлаждением устраняется опасность переброса содержимого бакелизатора через холодильник, и превращения появившейся частично смолы из стадии А в Б. Последняя стадия (Б) имеет ре-зинообразную консистенцию, и образование ее в бакелизаторе ведет к браку всей партии и выводит из строя бакелизатор.
Рис. 3. Схема варочного агрегата для резольной смолы: 1 —- бакелизатор; 2 и 3 — холодильники
В то время, когда температура достигнет 96°, начинается энергичное кипение, которое поддерживается в течение 20—30 мин.. Через чур бурное кипение умеряют пуском в рубаху бакелизатора увеличенного количества охлаждающей воды; при остановки кипения его снова вызывают пуском пара в- рубаху бакелизатора. Сначала процесса конденсации смесь фенола с формалином совсем однородна, прозрачна и владеет низкой вязкостью.
По мере же продолжения варки смесь компонентов неспешно загустевает; при охлаждении забранных проб отмечается их помутнение. Первую пробу на помутнение отбирают через 10 мин. по окончании начала варки, а после этого через каждые 10 мин.. Температура помутнения по ходу варки неспешно возрастает и может служить для определения момента окончания варки смолы. Конечной температурой помутнения при синтетическом и каменноугольном феноле считается 80—100°.
Через некое время по окончании отбора помутневших проб происходит разделение их на два прозрачных слоя: нижний — смоляной, в большинстве случаев окрашенный в желтый пли красный цвет, в зависимости от продолжительности и рода катализатора варки, и верхний — водный слой, бесцветный, значительно менее вязкий по сравнению со смоляным слоем. Водный слой содержит до 5—6% свободного формальдегида и до 3—4% свободного фенола.
Содержание непрореагировавших фенола и формалина в водном слое значительно уменьшается при повышении длительности варки, но смолы, приготовляемые на феноле, страшно кипятить в бакелизаторе до помутнения и до ясного разделения на два слоя, поскольку процесс экзотермической реакции, идущий при конденсации смолы, остановить тяжело, а следовательно, может случиться упомянутое превращение смолы из стадии А в Б. По данной причине варку смолы до помутнения возможно вести лишь в таких котлах, в которых представляется вероятным создавать стремительное и интенсивное охлаждение водой. Легче достигнуть охлаждения смолы в котле методом уменьшения давления, что сопровождается охлаждением и вскипанием смолы, поскольку на испарение затрачивается много тепла.
По данной причине для варки резольных смол целесообразно использовать одноаппаратную схему, при которой бакелизатор неизменно соединен с вакуумной установкой. Варку в бакелизаторах, в которых не может быть скоро достигнуто охлаждение смолы в момент экзотермической реакции, ведут не до помутнения, а до успехи определенной вязкости смоляной эмульсии. Эта вязкость зависит кроме этого от размеров и типа бакелизатора и схемы производства.
Вязкость определяется в особых вискозиметрах. О вязкости смолы в котле возможно делать выводы по расходу энергии на привод в перемещение мешалки — по показаниям амперметра.
При приготовлении спирторастворимых смол за процессом варки проводится сушка ее в бакелизаторе. Перед сушкой смолы отключается обратный холодильник и включаются прямой вакуум и холодильник-насос. Процесс сушки ведется’ под вакуумом 560—700 мм при t — 60—85° в начале сушки, до t — 105° в конце. Длительность сушки 5—6 часов и более, в зависимости от принятого технологического режима, рецептуры и желаемых конечных особенностей смолы.
Процесс сушки контролируется через l’/г часа по окончании начала сушки, а после этого повторно через 20— 30 мин. методом определения скорости полимеризации смолы на пластинке при t= 150°. По окончании процесса сушки в котел подается спирт для растворения смолы при температуре смолы 80—100°.
Варка водноэмульсионной фенольно-формальдегидной смолы резольного типа
Варка водноэмульсионных резольных смол производится на том же оборудовании, что и варка спирторастворимых смол. В тех случаях, в то время, когда рецептуры не требуют вакуум-выпарки, прямой вакуумная установка и холодильник смогут отсутствовать.
Нужно иметь в виду, что водноэмульсионные смолы резольного типа, приобретаемые в одну ступень варки (подобно тому, как получаются спирторастворимые смолы), отличаются низкой «жизнеспособностью» и требуют для увеличения устойчивости добавления спирта либо ацетона. Указанные недочёты смол однофазной конденсации устраняются при проведении варки с несколькими катализаторами в две ступени либо более.
Одна из таких успешных рецептур водноэмульсионной резольной смолы двухфазной конденсации известна называющиеся С-1. Она складывается из следующих компонентов: а) фенол кристаллический; б) едкий натр; в) формалин 40%-ный; г) сода кальцинированная.
Едкий натр предварительно приготовляется в виде 40%-ного водного раствора. Фенол выплавляется и подается через мерник, так же как и формалин, а сода взвешивается и засыпается в сухом виде. Варка данной смолы производится в большинстве случаев в маленьких бакелизаторах в два этапа.
Первый этап варки содержится в следующем. В бакелизатор загружают фенол с водой по рецептуре, но за вычетом воды, имеющейся в избытке в формалине, и вводят раствор едкого натра. При перемешивании подогревают до 40° (+2°) и при данной температуре выдерживают 30 мин., а после этого вводят формалин. Потом обогрев котла прекращают. Смесь за счет выделения экзотермического тепла саморазогревается до /==49° (+1°), по окончании чего ее охлаждают до t — 25—30°.
Процесс охлаждения смолы до данной температуры обязан протекать не более 120 мин.. Полученный полуконденсат сливают в бак либо оставляют на 18— 48 часов в бакелизаторе для «вызревания» при t = 18—25°.
Второй этап варки начинается с подогревания полуконденсата до 85° в течение 25—60 мин. с ориентацией на 30—35 мин.. В ходе подогрева при достижении полуконденсатом t — 80° включают смесь и пар доводят до t — 84—87°. Длительность варки отсчитывается, начиная с момента успехи t — = 84°. При ^ = 84—87° варку продолжают 15 мин., а после этого повышают температуру до 90°.
При t — 87—90° смесь выдерживают 20 мин.. Через 35 мин., считая с момента успехи t — 84°, в смолу вводят сухую соду, в течение 3 мин. размешивают и после этого подогревают до кипения. Кипение ведут 7—10 мин., после этого смолу охлаждают до t — 82°, вводят формалин с водой, подогревают до ^ = 89°(+2°) и выдерживают при данной температуре 45 мин..
Через 45 мин. взятую смолу охлаждают до t = 45° в течение 30—90 мин. и сливают в металлические баки, откуда через мерник подают для разбавления водой до требуемой консистенции.
Полученная водноэмульсионная смола имеет концентрацию 55%, содержание свободного фенола 1,5—2%, вязкость по Энглеру 30, скорость полимеризации на пластинке 90 секунд, щелочность около 5%. Эта смола владеет высокой «жизнеспособностью» и може? транспортироваться на громадные расстояния; при благоприятных условиях (при низкой температуре) может сберигаться долгое время.
Варка мочевино-меламино-формальдегидных водноэмульсионных смол
Мочевино-меламино-формальдегидные смолы, в отличие от фенольно-формальдегидных резольных смол, бесцветны и не темнеют при эксплуатации, исходя из этого они используются для ярких пленок отделочного типа, изготовляемых на бумажной волокнистой базе для отделки древесно-волокнистых плит. Отсюда вытекают повышенные требования при приготовлении названного типа смол к чистоте используемых реагентов и к чистоте аппаратуры. Наилучшие в этом смысле результаты получаются при применении варочного аппарата из сплавов никеля или из железа, эмалированного стойкими эмалями.
Конструкция варочной установки принципиально сходится с установкой для варки спирторастворимых фенольно-формальдегидных резольных смол. Не считая варочного котла, при изготовлении меламино-мочевино-формальдегидных смол нужно иметь обратный и прямой вакуум и холодильники-насос с ресивером.
Одной из рецептур есть следующая: формалина (37,5%-ного) —63,9 весовой части, уротропина 3,4 части, мочевины 24,2 части и меламина 8,5 части.
Порядок загрузки следующий. При помощи вакуума либо насоса через мерник загружают в варочный аппарат формалин, после этого через загрузочный люк вводят совершенно верно взвешенные остальные компоненты смолы. По окончании загрузки каждого из компонентов смолы создают 5-минутное перемешивание смеси. Точность загрузки осуществляют контроль рефрактометром, помимо этого, контролируют активную кислотность среды.
По окончании загрузки варочного аппарата в его рубаху подают пар давлением 1 —1,5 ат и температуру повышают до 70°. По окончании выдерживания смеси в течение 10—12 мин. при данной температуре доводят ее до кипения. Длительность кипячения смолы 5—8 мин..
Момент окончания кипения устанавливается контрольной пробой на вязкость, которая должна быть равна в конце варки 4—7 секундам (по воронке НИЛК). После этого в варочном аппарате создается вакуум и проводится вакуум-выпарка смолы в течение 10 мин. до успехи вязкости 7—10 секунд. Взятую смолу осаждают и фильтруют через бязевый фильтр. В обрисованных условиях получается выхой смоляной эмульсии числом 85—90% от веса всех загруженных компонентов.
Концентрация сухого вещества смолы в эмульсии равняется 55—60%. Коэффициент рефракции готовой смолы около 1,51; содержание свободного формальдегида в ней доходит до 3%. Меламиновая смола владеет не сильный запахом формалина; работа с меламино-мочевинными смолами намного менее физиологически вредна если сравнивать с фенольными смолами, что есть серьёзным их преимуществом.
Покровные пленки, приобретаемые методом пропитывания бумаги обрисованной смолой, имеют очень большой недочёт — они гигроскопичны и легко поглощают влагу из воздуха. Наряду с этим пленка в рулоне склеивается так, что при размотке рулона много в виде рванины идет в отход. Устранение этого недочёта методом усиления режима сушки пропитанной бумаги ведет к появлению другого недочёта — хрупкости пропитанной бумаги.
Введение отвердителей, к примеру хлористого аммония, кроме этого повышает хрупкость пропитанной бумаги.
Так, хранение пропитанной бумаги и тем более транспортирование ее на громадные расстояния затруднительны, поскольку требуют особой герметической упаковки. Вторым значительным недочётом данной смолы есть относительно маленькая стойкость пропитанных полимеризованных ею бумаг к тёплой мыльной воде и к дезинфицирующим реагентам, что требуется от слоистых пластиков отделочного типа, поскольку их приходится мыть тёплой мыльной водой и подвергать дезинфекции.
Все перечисленные недочёты смолы смогут быть устранены методом увеличения содержания содержания и уменьшения мочевины меламина в рецептуре смолы. Но наряду с этим быстро возрастает вязкость смолы и ухудшается впитывание ее бумагой.
В следствии может оказаться так называемая «лакированная бумага», у которой главная масса смолы находится не в порах, а на поверхности страницы. Потом, в готовых изделиях, такая бумага содействует растрескиванию поверхности изделий и утрата их прочности. Из изложенного видно, что для применения смол с повышенным содержанием меламина нужно добиться понижения их вязкости.
Это достигается понижением температуры варки смолы на первой ступени, сокращением длительности нагревания на первой и второй ступенях, и полным устранением операции вакуум-выпарки или частичным ее сокращением. Таким методом возможно добиться подходящей вязкости смолы с повышенным содержанием меламина.
Бумага, пропитанная смолой, обогащенной меламином, не склеивается при хранении, по причине того, что владеет пониженной гигроскопичностью, а полимери-зованная при нагревании пленка характеризуется только высокой устойчивостью к тёплой мыльной воде, к дезинфицирующим средствам и к маслам. Нужно, но, иметь в виду, что свойства меламиновых смол, каковые очень чувствительны к нагреванию, в готовых изделиях сильно изменяются не только в зависимости от режима варки смолы, но в неменьшей степени от условий сушки пропитанной ее термополимеризации и бумаги.
