Свойства карбамидоформальдегидных смол, синтезированных при разных мольных соотношениях карбамид: формальдегид

Мольное соотношение карбамид : формальдегид является одним из основных параметров, определяющих рецептуру карбамидоформальдегидных смол. Во многом от мольного соотношения зависят строение основных компонентов смолы (карбамидоформальдегидных олигомеров, метилольных производных карбамида), свойства смол и материалов, изготовленных с их использованием. Цель работы – изучение строения компонентов карбамидоформальдегидных смол, изготовленных при разных мольных соотношениях карбамид : формальдегид; оценка влияния мольного соотношения на свойства смол и изготовленных с их использованием древесностружечных плит. Установлено, что маломольные смолы (мольное соотношение карбамид : формальдегид = 1 : <1,1) состоят преимущественно из линейных олигомеров, содержащих сравнительно низкое количество метилольных групп II типа. При отверждении маломольных смол образуется сетчатая структура с незначительным количеством поперечных метиленовых связей, что негативно сказывается на водостойкости древесностружечных плит, изготовленных с их использованием. При увеличении мольного соотношения карбамид : формальдегид растёт количество ответвлений от основной цепи карбамидоформальдегидных олигомеров, увеличивается содержание метилольных групп, растёт реакционная способность смол. Отверждённые средне- и высокомольные смолы (мольное соотношение карбамид : формальдегид = 1 : 1,1–1,2 и 1 : >1,2) отличаются густой сетчатой структурой и обеспечивают сравнительно высокие физико-механические показатели древесностружечных плит. При этом увеличение мольного соотношения карбамид : формальдегид приводит к значительному росту содержания формальдегида в древесностружечных плитах.

1. Васильев В.В. Экспресс-метод определения содержания формальдегида в древесных плитах // Бюллетень Ассоциации ЛЕСТЕХ. 2024. № 3(17). С. 32–35. URL: https://alestech.ru/bulletin/article/185 (дата обращения: 01.09.2024).

2. Вирпша З., Бжезиньский Я. Аминопласты: пер. с польского И.В. Холодовой. М.: Химия, 1973. 344 с.

3. Вьюнков С.Н., Васильев В.В. Карбамидоформальдегидные смолы с мольным соотношением формальдегида к карбамиду менее единицы // Древесные плиты: теория и практика : 22-я Междунар. науч.-прак. конф. / под ред. А.А. Леоновича. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2019. С. 97–101. EDN: FBUOFR

4. Кастерина Т.Н., Калинина Л.С. Химические методы исследования синтетических смол и пластических масс. М.: Гос. научн.-техн. изд.-во хим. лит.-ры, 1963. 288 с.

5. Николаев А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. Издание 2-е, исправленное и дополненное. М.: Темплан, 1966. 768 с.

6. Огородников С.К. Формальдегид. Л.: Химия, 1984. 280 с.

7. Плотникова Г.П., Плотников Н.П. Модификация связующего для использования некондиционного сырья в производстве древесностружечных плит // Системы. Методы. Технологии. 2013. № 2(18). С. 142–146. EDN: RTJHIJ.

8. Романов Н.М. Химия карбамидо- и меламиноформальдегидных смол. М.: ООО Адвансед Солюшнз, 2016. 528 с.

9. Эльберт А.А. Химическая технология древесностружечных плит. М: Лесн. пром.-сть, 1984. 224 с.

10. Aizat A.G., Paiman B., Lee H.S., Zaidon A. Physico-mechanical properties and formaldehyde emission of rubberwood particleboard made with UF resin admixed with ammonium and aluminum-based hardeners // Pertanika J. Sci. & Technol. 2019. Vol. 27(1). P. 473–488.

11. Christjanson P., Pehk T., Simer K. Structure formation in urea-formaldehyde resin synthesis // Proc. Estonian Acad. Sci. 2009. Vol. 55. P. 212–225. DOI: 10.3176/chem.2006.4.04.

12. Corrêa C.A., Cunha A.B. da, Rios P.D., Teixeira M.Z., Liz G.C. de. The impact of altering the molar ratio on formaldehyde content and the physical and mechanical properties of MDF panels // J. Adhes. Sci. Technol. 2024. P. 1–19. DOI: 10.1080/01694243.2024.2402829

13. Dorieh A., Mahmoodi N., Mamaghani M., Pizzi A., Mohammadi Zeydi M. Comparison of the properties of urea-formaldehyde resins by the use of formalin or urea formaldehyde condensates // Journal of Adhesion Science and Technology. 2018. P. 1–15. DOI: 10.1080/01694243.2018.192780.

14. Li J., Zhang Y. Morphology and Crystallinity of Urea-Formaldehyde Resin Adhesives with Different Molar Ratios // Polymers. 2021. Vol. 13 (5), no. 673. DOI: 10.3390/polym13050673.

15. Li T., Guo X., Liang J., Wang H., Xie X., Du G. Competitive formation of the methylene and methylene ether bridges in the urea–formaldehyde reaction in alkaline solution: a combined experimental and theoretical study // Wood Science and Technology. 2015. Vol. 49(3). P. 475–493. DOI: 10.1007/s00226-015-0711-2.

16. Mejdell T., Schjønsby H.K. Simulation model for urea-formaldehyde reactors // Macromol. Symp. 2004. Vol. 206. P. 241–54. DOI: 10.1002/masy.200450219.

17. Park B.D., Jeong H.W. Hydrolytic stability and crystallinity of cured ureaformaldehyde resin adhesives with different formaldehyde/urea mole ratios // Int. J. Adhes. Adhes. 2011. Vol. 31. P. 524–529. DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2011.05.001.

18. Rammon R.M., Johns W.E., Magnuson J., Dunker A. K. The Chemical Structure of UF Resins // The Journal of Adhesion. 1986. Vol. 19(2). P. 115–135. DOI: 10.1080/00218468608071217.

19. Wang H., Cao M., Li T., Yang L., Duan Z., Zhou X., Du G. Characterization of the Low Molar Ratio Urea–Formaldehyde Resin with 13C NMR and ESI–MS: Negative Effects of the Post-Added Urea on the Urea–Formaldehyde Polymers // Polymers. 2018. Vol. 10(6), no. 602. DOI: 10.3390/polym10060602.

20. Xu G., Liang J., Zhang B., Wu Z., Lei H., Du G. Performance and structures of urea-formaldehyde resins prepared with different formaldehyde solutions // Wood Science and Technology. 2021. Vol. 55. P. 1419–1437. DOI: 10.1007/s00226-021-01280-y.