Szám:                                        SK_000004_H

Szerző:                                     Tomáš, Michal

Cikk címe:                                Néhány tényező hatása a különböző feltételek mellett előállított karbamid-formaldehid gyanták minőségére               

Forrás:                                      Drevársky Výskum, 1986.,110. évfolyam, 69 – 81. oldal, Štátny drevársky výskumný ústav (ŠDVU), ALFA, Bratislava 1986.

Lásd az eredeti cikket:

http://library.envifor.eu:8282/greenstone/collect/PDF/SK_000004.pdf

Kulcs szavak: karbamid-formaldehid gyanta, metilol csoportok, mólarány, viszkozitás, pH

Az eredeti rezümé nem lektorált fordítása:

A karbamid-formaldehid (UF) gyantákat széles körben alkalmazzák a faiparban, főképp a farostlemez (DTD= drevotriesková doska) gyártása során. Az egyes UF-gyanták eltérő fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, ilyen pl. a viszkozitás, vízzel való elegyíthetőség, szabad formaldehid-tartalom, reakcióképesség.Az UF-gyanták  tulajdonságainak meghatározása szempontjából egyik döntő befolyásoló tényező a formaldehid és a karbamid aránya. Az UF gyanták tulajdonságait a kondenzáció módja és a formalinban lévő metanoltartalom is befolyásolja. A formalinban csaknem mindig jelen van a metanol., éspedig kis mennyiségben a gyártás közbeni tökéletlen oxidáció miatt, vagy a formalin stabilitásának javítása érdekében 2-10%-ot kitevő mennyiségben történik a hozzáadagolás. Ha az UF gyanták gyártása során a reakciókeverék igen kismértékben savas kémhatású, a jelenlévő metanol igyekszik éterifikálni a keletkezett metil csoportokat. A gyanta éterifikálásának céljából olykor szándékosan nagyobb mennyiségben alkoholokat juttatnak a reakciókeverékbe, aminek következtében teljesen megváltoznak a végtermék tulajdonságai, mint ahogy ez a savra keményedő lakkok gyártása során is bekövetkezik. A sok jó tulajdonságon és az alacsony áron kívül az UF gyanták néhány kedvezőtlen tulajdonsággal is rendelkeznek. Az UF gyanták vegyi tulajdonságaik miatt kevésbé állandóak, hő és nedvesség hatására stabilitásuk csökken. A farostlemez gyártása során az UF ragasztóanyagokból nagy mennyiségű formaldehid szabadul fel. A formaldehid a végtermékekből is hosszú ideig kipárolog. Mivel mérgező anyagról van szó, ez komoly megbetegedést okozhat. A formaldehidkiválás (kipárolgás) világszintű problémává vált. Ez a cikk az UF gyanták problémakörére irányul, s elsősorban azt kívánja megvilágítani, mely hatások befolyásolják a formaldehid kiválását a kikeményített UV gyantákból.

Az UV-gyanták laboratóriumi előállítása során a következő alapanyagokat használtuk fel:

* a Duslo Sala cég által gyártott granulált karbamid,

* a Chemko Strázske cég által gyártott „metanol mentes“ műszaki formalin, melynek formaldehidtartalma 40,45 g/ml, metanoltartalma 0,1 g/100ml, savtartalma 0,0013 g/100ml, sűrűsége 1,1135 g/cm3 volt, továbbá hexametilén tetramin és metanol került felhasználásra.

Az UF gyantát laboratóriumi körülmények között kétfokozatú kondenzálással állítottuk elő, miközben a reakcióközeg pH-értékének szabályozása hexametilén tetramin katalizátor segítségével automatikusan történt. Az UV-gyanták ipari gyártása során általában egyfokozatú kondenzálást alkalmaznak, azaz a kondenzációs reakció savas közegben megy végbe. Több szerző bebizonyította, hogy a kétfokozatú kondenzálási módszer során és a karbamid kétszeri adagolása mellett, hogy a kiindulási mólarány 2 legyen, optimális feltételek adódnak az UV-gyanták gyártása szempontjából. Kezdetben a gyengén lúgos közegben olyan addíciós vegyületek (metilén karbamidok) keletkeznek, amelyek a továbbiakban a savas közegben kölcsönösen kondenzálódnak, miközben minimálisra csökken a nem kívánatos metilén karbamid létrejötte. Az előkondenzátumnak a karbamid második részének hozzáadásával történő semlegesítése után a reakcióközegben megkötődik a leválasztott és szabad formaldehid. A HMT-nek (hexametilén tetramin) az a szerepe a kétfokozatú kondenzáció során, hogy amikor a formalinhoz hozzáadják a savas tartományba eső pH-értéke az enyhén lúgos tartományba kerül. Ezt természetesen az okozza, hogy a HTM a formaldehiddel olyan vegyületeket alkot, melyek pH-értéke 7-nél magasabb. Ezek a vegyületek a reakcióközeg magasabb hőmérséklete esetén reakcióba lépnek a semleges anyagokkal, s ennek következtében a közeg pH-értéke fokozatosan csökkenni kezd egészen addig, amíg el nem éri a formalin kezdeti pH-értékét. A pH-érték automatikus szabályozására 2%-os HMT-t használnak. Ezáltal azonban jelentős mértékben befolyásolják az UF gyanták fizikai-kémiai tulajdonságait.

Laboratóriumi körülmények mellett összesen 36-féle UF gyantát állítottak elő, miközben a következő tényezőket kísérték figyelemmel:

-       négy mólhányad CH2O/U: 1, 1,25, 1,5, 2,

-       három metanol (MeOH)-tartalom szint a formalinban: 0%, 5%, 15%,

-       három rákondenzálási fok, viszkozitás: 25, 50 és 100 m Pa.s.

Minden gyantatípus előállítása során a formalin kezdeti pH-értékét 4,8-5,0   közé állították be. A formalint 1 órán keresztül visszafolyó hűtő alatt 80 C-fokon hevítették, ezután adták hozzá a HMT előírt (2%) mennyiségét, aminek következtében a pH-érték 7,4-7,8-ra emelkedett. A HMT feloldása után hozzáadták a MeOH előírt mennyiségét és a karbamid első adagját oly módon, hogy a kezdeti mólarány (CHO2/U) 2 legyen. A reakció keveréket gyorsan 80 C fokra hevítették, és ezen a hőmérsékleten tartották egészen addig, amíg el nem érték a szükséges rákondenzálási fokot. Ezután a pH-értéket 7,5-re szabályozták be és a második karbamidadagot olyan mennyiségben adták hozzá, hogy elérjék az előírt mólarányt. A karbamid feloldódása után a gyantamintát 24 órán át állni hagyták, majd rotációs bepárló készülék segítségével 60 C-fokos hőmérsékleten vákuum alkalmazásával 65%-os szárazanyag-tartalom eléréséig párolták be.

A karbamid és formaldehid mólarányának, a metanoltartalom és az UF gyanták rákondenzálási fokának a szabad formaldehid tartalomra és a kivált formaldehidre gyakorolt hatásának vizsgálata, továbbá a metilcsoportok mennyisége, a ragasztás reaktivitása és szilárdsága azt mutatja, hogy az összes vizsgált tényező fontos a ragasztóanyagok minőségének megítélése szempontjából.

1.    A szabad formaldehid tartalom a mólarány növekedésével párhuzamosan emelkedik. Nagyobb mólarány esetén a rákondenzálás hatása is és az MeOH tartalom is befolyásolja a szabad formaldehid (mennyiségét).

2.    A leválasztott formaldehid mennyisége annál nagyobb, minél nagyobb a mólarány. 1,5-2 mólarány esetén a nagyobb az MeOH-mennyiség és a nagyobb rákondenzálási fok csökkenti a leválasztott formaldehid mennyiségét.

3.    A metilcsoportok mennyisége a mólarány növekedésével párhuzamosan nő, a rákondenzálás fokának növekedése és a MeOH tartalom növekedése viszont csökkenti azt.

4.    A 100 C fok melletti kondenzálási időtartam a mólarány és a rákondenzálási fok növekedésével párhuzamosan csökken. A metanolmentes formalin javítja az alacsony mólaránnyal rendelkező UF gyanták reakció készségét.

5.    Az UF gyanták tárolhatósága a mólarány csökkenésével párhuzamosan javul (Hosszabb ideig tárolhatók.). Legrövidebb ideig tárolhatók azok a 2 mólaránnyal rendelkező UF gyanták, amelyeket metanolmentes formaldehidből állítottak elő.

6.    Az IF 20 teszt után a ragasztás szilárdságát jelentősen befolyásolja a mólarány. 1 mólarány esetén 25% karbamid hozzáadásakor a próbatestek elválnak egymástól. A mólarány emelkedésével párhuzamosan a ragasztás szilárdsága is növekszik.

1.táblázat

Az UF gyanták fizikai-kémiai tulajdonságai

1.ábra

Az UF gyanták szabad formaldehid tartalma

2. ábra

100 C fok mellet leválasztható formaldehid az UF gyanták számára

3. ábra

Az UF gyanták metilcsoport tartalma

2. táblázat

A leválasztott formaldehid mennyiségének és CH2O/U mólaránynak az összefüggése

4. ábra

Az UF gyanták 100 C fok melletti kondenzációs ideje

3. táblázat

A háromrétegű furnér (enyvezett lemez) nyírószilárdsága az IF 20 teszt során, melyeket különböző mólarányú (MPa) UF gyantával ragasztottak össze

5.ábra

UF gyantával ragasztott háromrétegű bükkfurnér nyírószilárdsága az IF 20 teszt során