PL222473B1 - Sposób otrzymywania żywicy fenolowej - Google Patents

Description

(21) Numer zgłoszenia: 406300 ^{(51) Int.Cl.}

C08G 8/10 (2006.01) C08G 8/28 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 28.11.2013 (54)

Sposób otrzymywania żywicy fenolowej (73) Uprawniony z patentu:

INSTYTUT CIĘŻKIEJ SYNTEZY ORGANICZNEJ BLACHOWNIA, Kędzierzyn-Koźle, PL LERG SPÓŁKA AKCYJNA, Pustków, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

08.06.2015 BUP 12/15 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

29.07.2016 WUP 07/16 (72) Twórca(y) wynalazku:

BRONISŁAW KAŁĘDKOWSKI, Kędzierzyn-Koźle, PL

EDWARD JASIŃSKI, Pustków, PL

MARIUSZ SZEMIEŃ, Kędzierzyn- Koźle, PL

HALINA GOLISZEWSKA, Pustków, PL

DANUTA KANIA, Brzeźnica, PL

JANINA GIL, Dębica, PL

GRAŻYNA BIENIEK, Stary Ujazd, PL

BOLESŁAW ŁOZIŃSKI, Kędzierzyn-Koźle, PL

JANINA FILA, Kędzierzyn-Koźle, PL

KAZIMIERA KRÓLIKOWSKA, Pustków, PL

BOGUMIŁA ORZEŁ, Pustków, PL (74) Pełnomocnik:

rzecz. pat. Renata Fiszer

PL 222 473 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania żywicy fenolowej stosowanej przede wszystkim do produkcji materiałów ściernych.

W publikacjach literaturowych A. Knop, V. Śejb, Fenol'nyje smoły i materiały na ich osnone, Moskva „Chimija, 1983, 59-62 oraz A. Gardziela, L.A. Pilato, A. Knop, Phenolic Resins, SpringerVerlag, 1999, 323-325 zawarto informacje dotyczące kompozycji służących do otrzymywania materiałów ściernych. Składają się one z ziaren ściernych, napełniaczy i środków wiążących. Z kolei środki wiążące stanowią mieszaniny ciekłych rezoli i proszkowych (zmielonych) nowolaków z urotropiną. Ciekłe żywice rezolowe służą do zwilżania kompozycji składników. Nadają jej płynność i dużą stabilność właściwości w stanie nieutwardzonym. Zapewniają dobrą charakterystykę eksploatacyjną wyrobów ście rnych, szczególnie wysoką wytrzymałość mechaniczną.

Z polskiego opisu patentowego 198670 znany jest sposób syntezy ciekłej żywicy rezolowej do produkcji materiałów ściernych. Kondensację prowadzi się przy stosunku molowym fenol : formaldehyd : wodorotlenek baru jak 1:1,0-1,45:0,01-0,06, w temperaturze 50-100°C, w czasie 30-300 minut. Mieszaninę poreakcyjną neutralizuje się kwasem siarkowym lub siarczanem amonowym do pH w granicach 5,0-8,0, po czym uzyskaną żywicę zatęża się do uzyskania wody poniżej 10% wagowych i modyfikuje się aminosilanami. Z opisu wynika między innymi, że zastosowanie kwasu siarkowego lub siarczanu amonowego pozwala na praktycznie całkowitą neutralizację wodorotlenku baru. Powstały, praktycznie nierozpuszczalny w wodzie, siarczan baru korzystnie eliminuje brak oddziaływania jonu barowego w trakcie utwardzania kompozycji wiążących, w procesie otrzymywania materiałów ściernych. Stosowanie innych kwasów niekorzystnie obniża wytrzymałości mechaniczne wyrobów ściernych.

W praktyce występuje jednak około 2% wyrobów nie spełniających kryteriów jakościo wych wynikających między innymi z braku dokładnego zwilżenia wypełniaczy przez ciekłą żywicę rezolową. Temu zjawisku przeciwdziała żywica będąca przedmiotem wynalazku.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu otrzymywania żywicy fenolowej, typu rezolowego, która w lepszym stopniu spełnia rolę środka zwilżającego ziarna ścierne i napełniacze kompozycji do otrzymywania materiałów ściernych.

Nieoczekiwanie okazało się, że mocznik i/lub monoetanoloamina, obecne w ciekłej żywicy rezolowej ułatwiają zwilżalność ziaren ściernych i napełniaczy i w konsekwencji poprawiają właściwości eksploatacyjne wyrobów ściernych, w znacznym stopniu obniżają ilość wyrobów nie spełniających wymagań.

Istota wieloetapowego procesu sposobu otrzymywania żywicy fenolowej polega na tym, że w pierwszym etapie fenol miesza się z uwodnionym wodorotlenkiem baru przy stosunku molowym 1:0,02-0,03, w temperaturze 50-100°C, w drugim etapie prowadzi się kondensację tej mieszaniny z formaldehydem przy stosunku molowym fenol : formaldehyd w granicach 1:1,3-1,5, w temperaturze 60-70°C, w czasie 30-120 minut oraz w temperaturze 70-80°C, przez minimum 90 minut, w trzecim etapie otrzymaną mieszaninę poreakcyjną neutralizuje się kwasem siarkowym, w temperaturze poniżej 50°C, do pH w granicach 6,8-7,2, uzyskaną żywicę zatęża się do zawartości wody w granicach 5-10% wagowych i modyfikuje się związkami aminowymi obejmującymi: mocznik i/lub monoetanoloaminę w ilości 0,1-5% masy żywicy oraz środkiem sprzęgającym - aminopropylotrietoksysilanem w ilości 0,1-0,6% masy żywicy.

P r z y k ł a d 1.

W pierwszym etapie do reaktora wprowadza się 188,2 g fenolu i 12,6 g Ba(OH)₂ x 8H₂O. Oba składniki ogrzewa się do temperatury 85°C i miesza przez 30 minut, do momentu uzyskania jednoro dnego roztworu. W drugim etapie dodaje się 219,0 g formaliny o stężeniu 37% wagowych. Kondensację prowadzi się w temperaturze 67 ± 1°C przez 85 minut oraz w temperaturze 72 ± 1°C przez 135 minut. W trzecim etapie, w temperaturze 40°C, mieszaninę poreakcyjną zneutralizuje się kwasem siarkowym o stężeniu 25% wagowych, do pH = 7,0, Następnie mieszaninę poreakcyjną zatęża się metodą destylacyjną do zawartości 6,1 % wody, do momentu rozpuszczenia się siarczanu baru w żywicy. W temperaturze 25°C dodaje się mocznik w ilości stanowiącej 4% żywicy oraz środek sprzęgający aminopropylotrietoksysilan, w ilości 0,25%. Otrzymana żywica posiada następujące właściwości:

zawartość umownych części nielotnych, % lepkość (20°C), mPa-s czas żelowania (130°C, 0,5 ml), minut

79,4,

2410,

12.

PL 222 473 B1

P r z y k ł a d 2.

W pierwszym etapie do reaktora laboratoryjnego o pojemności 2 dm wprowadza się 500 g fenolu i 50 g Ba(OH)₂ x 8H₂O. Oba składniki ogrzewa się do temperatury 79°C i miesza przez 60 minut, do momentu uzyskania jednorodnego roztworu. W drugim etapie dodaje się 514 g formaliny o stężeniu 45% wagowych. Kondensację prowadzi się w temperaturze 65 ± 1°C przez 90 minut, oraz w temperaturze 78 ± 1°C przez 115 minut. W trzecim etapie, w temperaturze 40°C, mieszaninę poreakcyjną zneutralizuje się kwasem siarkowym o stężeniu 25% wagowych, do pH = 7,1. Następnie zatęża się ją metodą destylacyjną do zawartości 6,0% wody, do momentu rozpuszczenia się siarczanu baru w żywicy. W temperaturze 20°C dodaje się mocznik w ilości 4,1% masy żywicy i środek sprzęgający aminopropylotrietoksysilan, w ilości 0,35% wagowych w stosunku do żywicy. Otrzymana żywica posiada następujące właściwości:

• zawartość umownych części nielotnych, % - 80,4, • lepkość (20°C), mPa s - 2350, • czas żelowania (130°C, 0,5 ml), minut - 13.

P r z y k ł a d 3

W pierwszym etapie do reaktora o pojemności 5 m3 wprowadza się 1580 kg fenolu i 148 kg Ba(OH)₂ x 8H₂O. Oba składniki miesza się w temperaturze 65-85°C przez 55 minut, do momentu uzyskania jednorodnego roztworu. W drugim etapie dodaje się 1700 kg formaliny o stężeniu 42% wagowych. Kondensację prowadzi się w temperaturze 65 ± 2°C przez 105 minut, oraz w temperaturze 80 ± 2°C przez 110 minut. W trzecim etapie, w temperaturze 40 °C, mieszaninę poreakcyjną zneutralizuje się kwasem siarkowym o stężeniu 25% wagowych, do pH = 7,0. Następnie zatęża się ją metodą destylacyjną do zawartości 6,2% wody, do momentu rozpuszczenia się siarczanu baru w żywicy. W temperaturze 30°C dodaje się mocznik w ilości stanowiącej 1,5% i monoetanoloaminę także w ilości 1,5% masy żywicy, oraz środek sprzęgający aminopropylotrietoksysilan w ilości 0,20% masy żywicy. Otrzymana żywica posiada następujące właściwości:

zawartość umownych części nielotnych, %	-	81,5,
lepkość, mPa-s	-	2410,
zawartość wody, %	-	6,2,
czas żelowania, minut	-	16.

P r z y k ł a d 4 (porównawczy)

Syntezuje się żywicę stosując warunki takie jak w przykładzie 3, z wyłączeniem modyfikacji mieszaniną mocznika i monoetanoloaminy. Otrzymana żywica posiada następujące właściwości:

zawartość umownych części nielotnych, %	-	81,5,
lepkość, mPa-s	-	2490
zawartość wody, %	-	6,2,
czas żelowania, minut	-	14.

Partie żywicy wyprodukowane w przykładzie 3 i przykładzie 4 stosuje się do produkcji tarcz ściernych. W obu próbach otrzymuje się wyroby odpowiadające wymaganiom technicznym. W partii wyrobów wytworzonych z udziałem żywicy wyprodukowanej w przykładzie 3 stwierdza się 0,24% tarcz nie odpowiadających wymaganiom natomiast w przypadku zastosowania żywicy z przykładu 4 ilość nieodpowiedniej jakości wyrobów wynosiła 2,1%.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób otrzymywania żywicy fenolowej w wieloetapowym procesie kondensacji, znamienny tym, że w pierwszym etapie fenol miesza się z uwodnionym wodorotlenkiem baru przy stosunku molowym 1 : 0,02 - 0,03, w temperaturze 50-100°C, w drugim etapie prowadzi się kondensację tej mieszaniny z formaldehydem przy stosunku molowym fenol:formaldehyd w granicach 1:1,3-1,5, w tempe4

   PL 222 473 B1 raturze 60-70°C w czasie 30-120 minut oraz w temperaturze 70-80°C, przez minimum 90 minut, w trzecim etapie otrzymaną mieszaninę poreakcyjną neutralizuje się kwasem siarkowym, w temperaturze poniżej 50°C, do pH w granicach 6,8-7,2, uzyskaną żywicę zatęża się do zawartości wody w granicach 5-10% wagowych i modyfikuje się związkami aminowymi obejmującymi: mocznik i/lub monoetanolominę w ilości 0,1-5% masy żywicy oraz środkiem sprzęgającym - aminopropylotrietoksysilanem w ilości 0,1-0,6% masy żywicy.

   Departament Wydawnictw UPRP