Карбамидоформальдегидные смолы: свойства и использование¶

Карбамидоформальдегидные смолы (карбамидные смолы, мочевиноформальдегидные смолы) — синтетические олигомерные продукты поликонденсации карбамида (мочевины) с формальдегидом. Относятся к класс аминоформальдегидных смол, являются одним из наиболее распространённых видов термореактивных связующих в промышленности. В чистом виде представляют собой водные растворы или расплавы олигомеров, которые при отверждении (горячем или холодном) под действием катализаторов превращаются в неплавкий и нерастворимый полимер трёхмерной структуры.

¶История

Первые упоминания о взаимодействии мочевины с формальдегидом относятся к 1884 году (работа Б. Толленса). Промышленное производство карбамидоформальдегидных смол началось в конце 1920-х — начале 1930-х годов. В 1929 году немецкая фирма IG Farbenindustrie получила патент на технологию получения карбамидных смол, а в 1930-х годах они стали использоваться для производства клеёв в деревообработке. Массовое распространение в СССР смолы получили в 1950–1960-е годы в связи с развитием производства древесно-стружечных плит (ДСП) и фанеры.

¶Получение

Синтез проводят в две стадии. На первой стадии при pH 7–8 и температуре 60–90 °C происходит метилольная реакция: карбамид присоединяет формальдегид с образованием моно-, ди- и триметилолмочевин. На второй стадии при pH 4,5–5,5 и нагревании протекает поликонденсация с выделением воды и образованием линейных и разветвлённых олигомеров. Мольное соотношение формальдегида к карбамиду обычно составляет от 1,2:1 до 2,0:1. Для снижения токсичности и содержания свободного формальдегида в готовой продукции применяют пониженное мольное соотношение (до 1,05–1,1:1) или вводят акцепторы формальдегида (мочевину на финишной стадии, меламин).

¶Свойства

¶Физико-химические свойства

В жидком виде — это вязкие растворы (концентрация 50–70 %) от бесцветного до светло-жёлтого цвета, смешиваются с водой в любых соотношениях. Отверждённые смолы характеризуются:

• высокой твёрдостью и жёсткостью;
• хорошей адгезией к древесине, бумаге, керамике;
• высокой поверхностной прочностью;
• стойкостью к действию растворителей, масел и слабых кислот;
• низкой водостойкостью (уступают феноло- и меламиноформальдегидным смолам);
• горючестью;
• склонностью к выделению свободного формальдегида при эксплуатации.

¶Недостатки

Основные недостатки — эмиссия формальдегида (класс эмиссии E1 и E2 по ГОСТ 30255) и низкая водостойкость клеевых соединений. Для их устранения смолы модифицируют меламином, фенолом, поливинилацетатом, а также вводят отвердители (хлористый аммоний, сульфат аммония) и наполнители (мука, каолин).

¶Применение

Карбамидоформальдегидные смолы — крупнотоннажный продукт химической промышленности. Основные области использования:

• Производство древесно-стружечных плит (ДСП) — связующее для стружечных и опилочных масс.
• Производство фанеры — клей для склеивания шпона.
• Производство древесноволокнистых плит (ДВП, MDF) — пропитка и склеивание волокон.
• Мебельная промышленность — изготовление клеёв холодного и горячего отверждения.
• Литейное производство — в составе холоднотвердеющих смесей (ХТС) для изготовления литейных стержней и форм.
• Производство декоративных бумажно-слоистых пластиков — пропитка бумаги.
• Производство минераловатных плит — в качестве связующего (в меньшей степени, вытесняются фенольными).
• Текстильная промышленность — для отделки тканей (придание несминаемости).

¶Экологические аспекты

Главная экологическая проблема — выделение свободного формальдегида, который относится к канцерогенным веществам (класс 1 по МАИР). Нормативы в РФ ограничивают содержание формальдегида в воздухе жилых помещений (ПДК 0,01 мг/м³) и в готовой продукции (эмиссия класса E1 — не более 0,1 мг/м³ воздуха в испытательной камере). Для снижения эмиссии применяют технологии глубокой досушкой смолы, введение улавливателей формальдегида и покрытие плит ламинирующими плёнками.

¶Источники

• ГОСТ 14231-2018 «Смолы карбамидоформальдегидные. Технические условия».
• Тагер А. А. Физикохимия полимеров. — М.: Научный мир, 2007.
• Николаев А. Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. — Л.: Химия, 1966.
• Википедия — Карбамидоформальдегидные смолы.