СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ФЕНОЛОАЛЬДЕГИДНЫХ ОЛИГОМЕРОВ Российский патент 1997 года по МПК C08G8/10 

Изобретение относится к технологии получения высокомолекулярных соединений и может быть использовано в химической промышленности при поликонденсационном синтезе олигомеров фенольных термореактивных смол.

Известен способ производства феноло-альдегидных олигомеров, включающий смешение фенола с альдегидом, добавление катализатора, проведение реакции поликонденсации и сушку олигомера под вакуумом (Хувинк Р. Ставерман А. Химия и технология полимеров. М. Л. Химия 1966, с. 525 -526).

Недостатками этого способа являются высокая энергоемкость, связанная с необходимостью двухкратного перемешивания реакционной смеси, низкое качество готового продукта из-за неравномерного протекания реакции поликонденсации при неравномерном распределении катализатора в реакционной смеси и низкая производительность, связанная с необходимостью постоянного дозированного по времени ввода катализатора в реакционную смесь во избежание взрывной реакции сушкой олигомера после предварительной отгонки надсмольных вод и стандартизации олигомера.

Известен также способ производства феноло-альдегидных олигомеров, включающий смешение фенола с альдегидом, добавление катализатора, проведение реакции поликонденсации и сушку олигомера (Технология пластических масс./Под ред. В.В. Коршака. М. Химия, 1972, с. 277, рис. Х.3).

От предыдущего данный способ отличается видом катализатора и соотношением фенола и альдегида в реакционной смеси, что дает возможность сделать вывод о сохранении им в полной мере всех недостатков предыдущего.

Задача изобретения повышение производительности и качества готового продукта и сокращение энергоемкости.

Задача решается тем, что в способе производства феноло-альдегидных олигомеров, включающем смешение фенола с альдегидом, добавление катализатора, проведение реакции поликонденсации и сушку олигомера под вакуумом, согласно изобретению смешение фенола с альдегидом и катализатором осуществляют распылением при раздельной подаче всех компонентов на конденсатор с частотой колебаний 18 100 кГц.

Это позволяет повысить производительность за счет введения полной дозы катализатора без взрывной реакции при его равномерном распределении по объему реакционной смеси, что одновременно повышает качество готового продукт за счет равномерного по объему протекания реакции поликонденсации, исключающего необходимость проведения стандартизации олигомера, что повышает производительность и снижает энергоемкость.

Предпочтительным вариантом воплощения изобретения предусмотрено проведение сушки олигомера путем распыления под вакуумом при подаче на концентратор с частотой колебаний 18 100 кГц.

Это позволяет дополнительно повысить качество готового продукта за счет получения гранулированного материала с заданным дисперсностью распыления в интервале от 0,1 мкм до 3 мм гранулометрическим составом без образования гранул с запредельными размерами, непригодными для выбранного способа дальнейшей переработки, и удалить влагу, непрореагировавшие компоненты, что снижает токсичность олигомера.

На фиг. 1 показана схема технологического процесса; на фиг. 2 узел приготовления реакционной смеси; на фиг. 3 распылитель для приготовления реакционной смеси; на фиг. 4 показан другой вариант выполнения распылителя; на фиг. 5 изображен узел сушки олигомера; на фиг. 6 разрез А-А на фиг. 5.

Способ может быть реализован на установке, содержащей емкости 1 3 для фенола, альдегида и катализатора соответственно, соединенных с реактором 4, который сообщен с узлом сушки 5.

Реактор 4 (фиг. 2) состоит из внутреннего реакционного стакана 6 и внешнего сепарационного стакана 7, сообщенного нижней частью со стаканом 6. Внешний стакан 7 снабжен патрубком 8 для отвода надсмольных вод, отстойником 9 и патрубком 10 для отвода олигомера. Внутренний стакан 6 сообщен с кольцевым соплом 11 с радиальными каналами 12, сообщенными с патрубками 13 подачи смешиваемых компонентов. В кольцевом сопле 11 установлен распылительный узел в виде концентратора колебаний 14, соединенного с источником ультразвука 15.

Распылитель (фиг. 3) сообщен с емкостями 1 3 патрубками 13 с запорной арматурой для дозировки компонентов реакционной смеси.

Для повышения качества смешения компонентов реакционной смеси и исключения подтекания распылитель (фиг. 4) может быть установлен в сопле 11 с возможностью регулировки и фиксации угла наклона концентратора 14 относительно оси сопла 11 с целью изменения зазора 16 между концентратором 14 и внутренней поверхностью сопла 11 до размера капель при свободном каплепадении компонента смеси с минимальным поверхностным натяжением в зависимости от параметров компонентов.

Узел 5 сушки олигомера (фиг. 5 и 6) сообщен с реактором 4 через патрубок 10, который обеспечивает подачу олигомера в узел распыления, включающий элементы 11 16, что и предыдущий в реакторе 4. Кроме того, узел сушки 5 содержит патрубки 17 и 18 отвода сухого олигомера и подачи вакуума соответственно.

Способ реализуется следующим образом.

Из емкостей 1 3 фенол, альдегид и катализатор в заданной пропорции подают по патрубкам 13 в радиальные каналы 12 кольцевого сопла 11, откуда они попадают на концентратор 14 с частотой колебаний 18 100 кГц от источника 15, с торца которого они распыляются до дисперсности до 0,1 мкм при одновременном мгновенном смешении. Гомогенная реакционная смесь попадает на внутреннюю поверхность стакана 6 реактора 4, за время стекания по которой в смеси проходит реакция поликонденсации олигомера, который отстаивается в отстойнике 9 нижней части реактора 4, а из верхней части стакана 7 реактора отводят надсмольные воды по патрубку 8. Отстоявшийся олигомер из отстойника 9 через патрубок 10 подают в радиальный канал 12 сопла 11 узла сушки 5, из которого концентратором 14 с частотой колебаний 18 100 кГц от источника 15, олигомер распыляется с заданной дисперсностью в емкость 5, в которой при подаче вакуума через патрубок 18 происходит испарение влаги и непрореагировавших компонентов из олигомера и осаждение гранулированного олигомера, удаляемого через патрубок 17.

Как видно из приведенного описания, способ не требует многократного перемешивания реакционной смеси и постепенного ввода катализатора, что повышает производительность способа и снижает его энергоемкость. Мелкодисперсное распыление с одновременным смешением компонентов реакционной смеси позволяет получить олигомер с меньшим разбросом молекулярной массы, что повышает его качество и одновременно снижает энергоемкость и повышает производительность за счет исключения операции стандартизации олигомера. Осуществление сушки олигомера распылением под вакуумом гарантирует удаление не только влаги, но и непрореагировавших компонентов реакционной смеси, что повышает качество олигомера за счет снижения его токсичности при дальнейшей переработке, а кроме того, это позволяет одновременно получить гранулированный олигомер с заданным гранулометрическим составом без запредельной фракции, что также повышает его качество.

Интервал частот колебаний концентратора обоснован работоспособностью конструкции распылителя, так как при частоте ниже 18 кГц происходит стекание компонентов реакционной смеси без распыления, а при частоте выше 100 кГц за счет падения амплитуды колебаний концентратора не удается получить стабильную дисперсность распыления компонентов или олигомера, что ухудшает качество смешения реакционной смеси или приводит к значительному разбросу гранулометрического состава олигомера после сушки и наличию в нем токсичных примесей.

Для сравнения предлагаемого способа с известным с точки зрения достижения технического результата приводим данные по содержанию фенола в новолачной смоле марки СФ-010, которое составляет для известного способа 3,5 4,5% Для предлагаемого 0,2 1,8% а в резольной смоле марки СФ-0118 для известного способа составляет 2,5 2,0% а для заявленного 0,1 0,5% соответственно. Далее в таблице приведены технологические свойства фенопластов, изготовленных с использованием этих смол.

Литьевой фенопласт марки Ж-2-010-60 содержит, мас. ч.

Смола новолачная СФ-010 59,8
Уротропин 7,2
Древесная мука 32
Асбест хризолитовый 88,2
Известь 6,4
Каолин 2,4
Сажа (углерод технический) 4
Литьевой фенопласт марки 328-0118-81 содержит, мас. ч.

Смола резольная марки СФ-0118 68
Уротропин 13
Стеклопорошок 95,6
Асбест 20
Стеарат кальция 3
Воск буроугольный 1
Пигмент фталоцианиновый голубой 0,4
Из данных таблицы видно, что предлагаемый способ обеспечивает улучшение и стабилизацию всего комплекса технологических свойств фенопластов, полученных из смол, изготовленных по предлагаемому способу. В целом величина технологических показателей фенопластов улучшилась на 15 50% а величина разброса показателей снизилась на 30 35% Это может служить доказательством стабилизации технологических свойств термореактивных смол, полученных по предлагаемому способу.

Использование: производство фенопластов. Сущность изобретение: феноло-альдегидные олигомеры получают поликонденсацией фенола и альдегида в присутствии катализатора, при этом компоненты смешивают распылением при раздельной подаче компонентов на концентратор колебаний устройства для ультразвукового распыления с частотой колебаний 18-100 кГц. Затем проводят вакуумную сушку полученного олигомера. Процесс предусматривает также при необходимости (для дальнейшего повышения качества смол и изделий на их основе) осуществление сушки олигомера распылением его при подаче на концентратор колебаний устройства для ультразвукового распыления с частотой колебаний 18 - 100 кГц. Способ по изобретению позволяет получить феноло-альдегидные смолы с меньшим разбросом молекулярной массы, пониженной токсичности за счет более полного удаления влаги и непрореагировавших компонентов, а также улучшить свойства фенопластов на основе этих смол. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Способ производства фенолоальдегидных олигомеров, включающий смешение фенола с альдегидом, добавление катализатора, проведение реакции поликонденсации и сушку олигомера под вакуумом, отличающийся тем, что смешение фенола с альдегидом и катализатором осуществляют распылением при их раздельной подаче на концентратор колебаний, устройства для ультразвукового распыления с частотой колебаний 18 100 кГц. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку олигомера осуществляют распылением при подаче на концентратор колебаний устройства для ультразвукового распыления с частотой колебаний 18 100 кГц.