stringtranslate.com

Карбамидо-формальдегидный

Карбамидоформальдегид ( UF ), также известный как мочевина-метаналь , названный так из-за общего пути синтеза и общей структуры, [1] представляет собой непрозрачную термореактивную смолу или полимер . Его производят из мочевины и формальдегида . Эти смолы используются в клеях , фанере , ДСП , древесноволокнистых плитах средней плотности (МДФ) и формованных предметах. В сельском хозяйстве карбамидоформальдегидные соединения являются одним из наиболее часто используемых видов удобрений замедленного действия . [2]

УФ и родственные аминосмолы представляют собой класс термореактивных смол , из которых карбамидоформальдегидные смолы составляют 80%, производимые во всем мире. Примеры использования аминосмол включают в себя автомобильные шины для улучшения сцепления резины, бумагу для повышения прочности на разрыв, а также при формовании электрических устройств, крышек для банок и т. д. [3]

История

UF был впервые синтезирован в 1884 году доктором Хёльцером, который работал с Бернхардом Толленсом , ни один из которых не осознавал, что мочевина и формальдегид полимеризуются. [4]

В последующие годы над структурой этих смол работало большое количество авторов.

В 1896 году Карл Гольдшмидт исследовал реакцию дальше. Он также получил аморфный, почти нерастворимый осадок, но не осознавал, что происходит полимеризация; он думал, что две молекулы мочевины соединяются с тремя молекулами формальдегида. В 1897 году Карл Гольдшмидт запатентовал использование УФ-смол в качестве дезинфицирующего средства. За этим последовала всеобщая коммерциализация, и в последующие десятилетия в литературе описывалось все больше и больше применений. [5]

В 1919 году Ханс Джон (1891–1942) из ​​Праги, Чехословакия, получил первый патент на УФ-смолу в Австрии. [6]

Карбамидо-формальдегид был предметом решения Европейского суда (ныне CJEU) от 5 февраля 1963 года по делу 26–62 « Ван Генд и Лоос против Управления внутренних доходов Нидерландов ». [7]

Характеристики

К свойствам карбамидоформальдегидной смолы относятся высокая прочность на разрыв , модуль упругости при изгибе , высокая температура теплового искажения, низкое водопоглощение, усадка в форме, высокая поверхностная твердость, удлинение при разрыве и объемное сопротивление. Он имеет показатель преломления 1,55. [8]

Химическая структура

Химическая структура УФ-полимера состоит из [(O)CNHCH 2 NH] n повторяющихся звеньев. Напротив, меламиноформальдегидные смолы содержат повторяющиеся звенья NCH 2 OCH 2 N. В зависимости от условий полимеризации может произойти некоторое разветвление. На ранних стадиях реакции формальдегида и мочевины образуется бис(гидроксиметил)мочевина .

Два этапа образования карбамидоформальдегидной смолы

Производство

Ежегодно производится около 20 миллионов тонн УФ. Более 70% этой продукции затем используется лесной промышленностью для склеивания ДСП, МДФ, фанеры твердых пород и клея для ламинирования.

Общее использование

Ряд объектов, изготовленных из УФ

Мочевина-формальдегид широко распространен. Карбамидоформальдегид получил широкое применение благодаря своей невысокой стоимости, быстрому времени реакции, высокой прочности сцепления, влагостойкости, отсутствию цвета, стойкости к истиранию и микробам [9] . Примеры включают декоративный ламинат, текстиль, бумагу, литейные песочные формы, устойчивые к морщинам ткани , хлопчатобумажные смеси, вискозу , вельвет и т. д. Он также используется в качестве клея для дерева. В деревообрабатывающей промышленности он используется в качестве термореактивного клея для склеивания древесины при создании фанеры и ДСП. Его также используют в качестве клея для дерева. УФ обычно использовался при производстве корпусов электроприборов (например, настольных ламп). Пену использовали в качестве искусственного снега в фильмах. Карбамидоформальдегид широко используется в сельском хозяйстве в качестве удобрения медленного высвобождения, которое с течением времени высвобождает небольшое количество активного ингредиента. [10]

Сельскохозяйственное использование

Карбамидоформальдегидные соединения широко используются в качестве медленновысвобождающихся источников азота в сельском хозяйстве. [2] Скорость разложения на CO 2 и NH
3зависит от длины карбамидоформальдегидных цепей и зависит от действия микробов, встречающихся в природе в большинстве почв. [11] Активность этих микробов и скорость выделения аммиака зависят от температуры. Оптимальная температура для активности микробов составляет около 70–90 °F (21–32 °C). [12]

Пеноизоляция

Карбамидоформальдегидная изоляция

Коммерциализация изоляции из пенокарбамидоформальдегидной пены (UFFI) началась в 1930-х годах как синтетическая изоляция с теплопроводностью от 0,0343 до 0,0373 Вт/м⋅К, [13] что соответствует значениям U для толщины 50 мм от 0,686 Вт/м 2 К до 0,746 Вт/м 2 К или значения R между 1,46 м 2 К/Вт и 1,34 м 2 К/Вт (0,26 °F⋅фут 2 ⋅ч/БТЕ и 0,24 °F⋅фут 2 ⋅ч/БТЕ для 1,97-дюймового экрана толщина).

UFFI — это пена, по консистенции похожая на крем для бритья, которую легко впрыскивать или закачивать в пустоты. Обычно это делается на месте с использованием насосного агрегата и шланга с пистолетом-смесителем для смешивания пенообразователя, смолы и сжатого воздуха. Полностью вспененная пена закачивается в места, нуждающиеся в изоляции. Он становится твердым в течение нескольких минут, но заживает в течение недели. UFFI обычно встречается в домах, построенных или модернизированных с 1930-х по 1970-е годы, часто в подвалах, полостях стен, подвалах и чердаках. Визуально это выглядит как сочащаяся жидкость, затвердевшая. Со временем он имеет тенденцию меняться в оттенках ириски, но новый UFFI имеет светло-желтый цвет. Ранние формы UFFI имели тенденцию к значительному сокращению. Современная УФ-изоляция с обновленными катализаторами и технологией вспенивания снизила усадку до минимального уровня (от 2 до 4%). Пена при высыхании приобретает матовый цвет без блеска. После отверждения он часто имеет сухую и рассыпчатую текстуру.

Выбросы формальдегида

Сельскохозяйственные выбросы

Было обнаружено, что выбросы от внесения удобрений на основе УФ временно увеличивают локализованную концентрацию формальдегида в атмосфере [10]  и способствуют образованию тропосферного озона . [14] Было обнаружено, что применение УФ-удобрений в теплицах приводит к значительному повышению концентрации формальдегида в воздухе внутри здания. [10]

Условия, влияющие на уровни выбросов

Условия окружающей среды, такие как температура и влажность, могут влиять на уровень формальдегида, выделяемого из карбамидоформальдегидных продуктов. Воздействие более высокой влажности и более высоких температур может значительно увеличить количество выбросов формальдегида из УФ-продуктов, таких как древесные плиты. [15]

Сокращение выбросов

Из-за опасений по поводу выбросов свободного формальдегида и загрязнения окружающей среды карбамидоформальдегидными продуктами были предприняты эффективные усилия по снижению содержания формальдегида в УФ-смолах. [16] Более низкое молярное соотношение формальдегида снижает выбросы свободного формальдегида из продуктов УФ. Наблюдается значительное снижение выбросов формальдегида из ДСП на основе УФ при молярном соотношении F/U от 2,0 до 1,0. Немецкий стандарт для UF-смол требует, чтобы молярное соотношение F/U было ниже 1,2. Стандарт NPA США предусматривает молярное соотношение F/U ниже 1,3. [17]

Проблемы со здоровьем

Последствия для здоровья возникают, когда материалы и продукты на основе УФ выделяют формальдегид в воздух. Как правило, никаких последствий для здоровья от формальдегида не наблюдается, когда его концентрация в воздухе ниже 1,0 частей на миллион. Раздражение дыхательных путей и другие последствия для здоровья, а также повышенный риск развития рака начинаются, когда концентрация в воздухе превышает 3,0–5,0 частей на миллион.

Проблемы со здоровьем привели к запрету UFFI в штатах США Массачусетс , [18] [19] и Коннектикут в 1981 году. [20] В 1982 году Комиссия по безопасности потребительских товаров США запретила UFFI по всей стране, [21] но этот запрет был отменен в 1983. [22] [23] UFFI был запрещен в Канаде в 1980 году и остается в силе. [24]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Использование формальдегида
  2. ^ Аб Го, Янлэ; Чжан, Мин; Лю, Чжигуан; и другие. (2018). «Моделирование и оптимизация синтеза карбамидоформальдегидных удобрений и анализ факторов, влияющих на эти процессы». Научные отчеты . ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа». 8 (1): 4504. doi : 10.1038/s41598-018-22698-8. ISSN  2045-2322. ПМЦ  5852125 . ПМИД  29540771.
  3. ^ Х. Дейм; Г. Матиас; Р. А. Вагнер (2012). «Аминосмолы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a02_115.pub2. ISBN 978-3527306732.
  4. ^ См.:
    • Толленс, Б. (1884) «Ueber einige Derivate des Formaldehyds» (О некоторых производных формальдегида), Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft , 17  : 653–659. На странице 659 Толленс мимоходом упоминает: «… , aus Harnstoff und Formaldehyd Hat dagegen Dr. Hölzer ein festes, schwer lösliches Deriva erhalten». (…напротив, из мочевины и формальдегида доктор Хельцер получил твердое, почти нерастворимое производное.)
    • Б. Толленс (1896) «Ueber den Mmethylen-Harnstoff» (О метилен-мочевине), Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft , 29 (3): 2751–2752. Ни Хельцер, ни Толленс не осознавали, что мочевина и формальдегид полимеризуются.
    В 1896 году Карл Гольдшмидт исследовал реакцию дальше. Он также получил аморфный, почти нерастворимый осадок, но не осознавал, что происходит полимеризация; он думал, что две молекулы мочевины соединяются с тремя молекулами формальдегида:
    • Гольдшмидт, Карл (1896) «Ueber die Einwirkung von Formaldehyd auf Harnstoff» (О влиянии формальдегида на мочевину), Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft , 29 (3): 2438–2439.
    • Гольдшмидт, К. (1897) «Ueber die Einwirkung von Formaldehyd auf Harnstoff», Chemiker-Zeitung , 21 (46): 460.
    Гольдшмидт предположил, что эту реакцию можно использовать для измерения мочевины, поэтому в 1897 году Герман Томс (1859–1931) из Берлина исследовал реакцию дальше: Х. Томс (1897) «Über Harnstoffbestimmung mittelst Formaldehyds» (Об определении мочевины посредством формальдегид), Berichte der Deutschen Pharmaceutischen Gesellschaft , 7  : 161–168. На странице 168 Томс предположил, что мочевина и формальдегид могут образовывать полимер: «( vielleicht auch ein Polymeres dieser Zusammensetzung )» (возможно, также полимер такого состава).
  5. ^ Мейер, Карл: Карбамидоформальдегидные смолы: 1979: Аддисон-Уэсли.
  6. ^ См.:
    • Х. Джон «Verfahren zur Herstellung von Kondensationsprodukten aus Formaldehyd und Harnstoff bzw. Thioharnstoff oder anderen Harnstoffderivaten» (Способ производства продуктов конденсации из формальдегида и мочевины или тиомочевины или других производных мочевины), патент Австрии № 78,251, 9 октября 1919 г.
    • Х. Джон, «Способ производства продуктов конденсации формальдегида и карбамида или производных карбамида», патент Великобритании № 151016, 16 января 1922 г.
    • Ханнс Джон, «Производство продуктов конденсации альдегидов, пригодных для технического использования», патент США № 1355834, 19 октября 1920 г.
  7. ^ Ван Генд и Лоос против Управления внутренних доходов Нидерландов
  8. ^ Брэди, Джордж С.; Клаузер, Генри Р.; Ваккари, А. Джон (1997). Справочник материалов (14-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 978-0-07-007084-4.
  9. ^ Мубарик, Амин; Мансури, Хамид Реза; Пицци, Антонио; Аллал, Ахмед; Шаррье, Фатима; Бадиа, Мигель Анхель; Шарье, Бертран (1 января 2013 г.). «Оценка механических и физических свойств промышленных древесностружечных плит, склеенных клеем кукурузной муки и мочевиноформальдегида». Композиты. Часть B: Инженерия . 44 (1): 48–51. doi : 10.1016/j.compositesb.2012.07.041. ISSN  1359-8368.
  10. ^ abc Салтхаммер, Тунга; Гуншера, Ян (01 января 2021 г.). «Выделение формальдегида и других органических соединений из азотных удобрений». Хемосфера . 263 : 127913. doi : 10.1016/j.chemSphere.2020.127913. ISSN  0045-6535. PMID  32822931. S2CID  221240156.
  11. ^ Хаяцу, М (2014). «Новая функция азотных удобрений с контролируемым высвобождением». Микробы и окружающая среда . 29 (2): 121–2. doi : 10.1264/jsme2.me2902rh. ПМК 4103517 . ПМИД  25047661. 
  12. ^ Пиетикайнен, Жанна; Петтерссон, Мари; Боат, Эрланд (1 марта 2005 г.). «Сравнение влияния температуры на дыхание почвы и скорость роста бактерий и грибов». ФЭМС Микробиология Экология . 52 (1): 49–58. дои : 10.1016/j.femsec.2004.10.002 . ISSN  0168-6496. ПМИД  16329892.
  13. ^ Вэйцзин Юань; Декай Ли; Юнвэнь Шен; Ян Цзян; Яньхуа Чжан; Цзию Гу; Хайян Тан (30 мая 2017 г.). «Приготовление, характеристика и термический анализ карбамидоформальдегидной пены». РСК Прогресс . Королевское химическое общество. 7 (58): 36223–36230. дои : 10.1039/C7RA06052A . Проверено 25 мая 2023 г.
  14. ^ Кайзер, Дж.; Вулф, генеральный директор; Бон, Б.; Брох, С.; Фукс, Х.; Ганзевельд, Л.Н.; Гомм, С.; Хезелер, Р.; Хофзумахауз, А.; Холланд, Ф.; Ягер, Дж.; Ли, Х.; Лозе, И.; Лу, К.; Прево, ASH (6 февраля 2015 г.). «Доказательства неопознанного нефотохимического приземного источника формальдегида в долине реки По, имеющего потенциальные последствия для производства озона». Химия и физика атмосферы . 15 (3): 1289–1298. дои : 10.5194/acp-15-1289-2015 . hdl : 20.500.11850/99826 . ISSN  1680-7316.
  15. ^ Фрихарт, Чарльз; Уэскотт, Джеймс; Чаффи, Тимоти; Гоннер, Кайл (2012). «Выбросы формальдегида из древесностружечных плит, склеенных карбамидом и формальдегидом, и без добавления формальдегида под влиянием температуры и относительной влажности». Журнал лесных товаров .
  16. ^ Айрилмис, Надир; Ли, Ён-Гю; Квон, Джин Хон; Хан, Тэ Хён; Ким, Хён Чжун (15 февраля 2016 г.). «Выбросы формальдегида и летучие органические соединения из LVL, произведенных с использованием трех марок карбамидоформальдегидной смолы, модифицированной наноцеллюлозой». Строительство и окружающая среда . 97 : 82–87. doi :10.1016/j.buildenv.2015.12.009. ISSN  0360-1323.
  17. ^ Мейерс, Джордж Э. (май 1984 г.). «Как мольное соотношение УФ-смолы влияет на выделение формальдегида и другие свойства» (PDF) . Журнал лесных товаров . Общество исследования лесных товаров. 34 (5): 35–41 – через Министерство сельского хозяйства США .
  18. ^ Элинсон, Линн (1984). «Политика здравоохранения и эпидемиология: научные доказательства запрета изоляции из пенокарбамидоформальдегидной пены». Журнал политики общественного здравоохранения . 5 (4): 513–537. дои : 10.2307/3342418. JSTOR  3342418. PMID  6526937. S2CID  19201091.
  19. ^ «Токсичные химикаты и пестициды». МакГрегор Лежер и Стивенс, ПК.
  20. ^ «ТЕХНИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ: ИЗОЛЯЦИЯ ИЗ МОЧЕВИНОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ ПЕНЫ (UFFI)» (PDF) . Департамент общественного здравоохранения Коннектикута. Август 2015 года . Проверено 23 ноября 2023 г.
  21. ^ «CPSC запрещает изоляцию из пеноформальдегида мочевины (UFFI)» . Комиссия по безопасности потребительских товаров США. 1 марта 1982 года . Проверено 23 ноября 2023 г.
  22. ^ «CPSC просит повторного слушания по делу UFFI» . Комиссия по безопасности потребительских товаров США. 5 мая 1983 года . Проверено 23 ноября 2023 г.
  23. ^ «Запрет на UFFI снят» . Комиссия по безопасности потребительских товаров США. 25 августа 1983 года . Проверено 23 ноября 2023 г.
  24. ^ «Канадский запрет на изоляцию из карбамидоформальдегидной пены» . Здоровье Канады. 2 сентября 2010 г. Проверено 23 ноября 2023 г.

Внешние ссылки