stringtranslate.com

Мочевино-формальдегидный

Мочевина-формальдегид ( UF ), также известный как мочевина-метаналь , названный так из-за его общего пути синтеза и общей структуры, [1] представляет собой непрозрачную термореактивную смолу или полимер . Он производится из мочевины и формальдегида . Эти смолы используются в клеях , фанере , древесностружечных плитах , древесноволокнистых плитах средней плотности (MDF) и формованных изделиях. В сельском хозяйстве мочевина-формальдегидные соединения являются одним из наиболее часто используемых типов медленно высвобождающихся удобрений . [2]

UF и родственные аминосмолы представляют собой класс термореактивных смол , из которых 80% производимых во всем мире смол составляют карбамидоформальдегидные смолы. Примеры использования аминосмол включают в себя автомобильные шины для улучшения связи резины, бумагу для улучшения прочности на разрыв и формование электрических устройств, крышек банок и т. д. [3]

История

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

В последующие годы структурой этих смол занималось большое количество авторов.

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

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

Мочевина-формальдегид был предметом решения Европейского суда (ныне CJEU) от 5 февраля 1963 года, дело 26–62 Van Gend & Loos против Нидерландской налоговой администрации . [7]

Характеристики

Характеристики карбамидоформальдегидной смолы включают высокую прочность на растяжение , модуль упругости при изгибе , высокую температуру тепловой деформации, низкое водопоглощение, усадку при формовании, высокую твердость поверхности, удлинение при разрыве и объемное сопротивление. Она имеет показатель преломления 1,55. [8]

Химическая структура

Два этапа образования карбамидоформальдегидной смолы

Химическая структура полимера UF состоит из повторяющихся единиц [(O)CNHCH 2 NH] n . Напротив, меламиноформальдегидные смолы имеют повторяющиеся единицы NCH 2 OCH 2 N . В зависимости от условий полимеризации может происходить некоторое разветвление. На ранних стадиях реакции формальдегида и мочевины образуется бис(гидроксиметил)мочевина .

Производство

Ежегодно производится около 20 миллионов метрических тонн UF. Более 70% этой продукции затем используется в лесной промышленности для склеивания ДСП, МДФ, фанеры из твердых пород древесины и в качестве клея для ламинирования.

Общее использование

Ассортимент изделий из УФ

Мочевина-формальдегид широко распространен. Мочевина-формальдегид широко используется из-за его недорогой стоимости, быстрого времени реакции, высокой прочности склеивания, влагостойкости, отсутствия цвета и устойчивости к истиранию и микробам [9] . Примерами являются декоративные ламинаты, текстиль, бумага, литейные песчаные формы, немнущиеся ткани , хлопковые смеси, вискоза , вельвет и т. д. Он также используется в качестве столярного клея. В деревообрабатывающей промышленности он используется в качестве термореактивного клея для склеивания древесины при создании фанеры и ДСП. Он также используется в качестве столярного клея. UF обычно использовался при производстве корпусов электроприборов (например, настольных ламп). Пены использовались в качестве искусственного снега в фильмах. Мочевина-формальдегид широко используется в сельском хозяйстве в качестве удобрения с медленным высвобождением, которое со временем высвобождает небольшое количество активного ингредиента. [10]

Сельскохозяйственное использование

Соединения мочевины и формальдегида широко используются в сельском хозяйстве в качестве медленно высвобождающихся источников азота . [2] Скорость разложения на CO2 и NH
3зависит от длины цепей мочевины-формальдегида и опирается на действие микробов, которые естественным образом присутствуют 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]

Пенная изоляция

Мочевино-формальдегидная изоляция

Мочевино-формальдегидная пенная изоляция (UFFI) начала выпускаться в 1930-х годах в качестве синтетической изоляции 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 · К до 0,746 Вт/м· К или значениям R от 1,46 м · К/Вт до 1,34 м · К/Вт (0,26 °F·фут · ч/БТЕ и 0,24 °F·фут · ч/БТЕ для толщины 1,97 дюйма).

UFFI — это пена, похожая по консистенции на крем для бритья, которую легко впрыскивать или закачивать в пустоты. Обычно ее изготавливают на месте с помощью насосного набора и шланга со смесительным пистолетом для смешивания пенообразователя, смолы и сжатого воздуха. Полностью расширенная пена закачивается в области, требующие изоляции. Она становится твердой в течение нескольких минут, но затвердевает в течение недели. UFFI обычно встречается в домах, построенных или модернизированных с 1930-х по 1970-е годы, часто в подвалах, полостях стен, подвальных помещениях и чердаках. Визуально она выглядит как сочащаяся затвердевшая жидкость. Со временем она имеет тенденцию меняться в оттенках ирисок, но новая UFFI имеет светло-желтый цвет. Ранние формы UFFI имели тенденцию к значительной усадке. Современная UF-изоляция с обновленными катализаторами и технологией вспенивания снизила усадку до минимального уровня (от 2 до 4%). Пена высыхает, приобретая тусклый матовый цвет без блеска. После затвердевания она часто имеет сухую и рассыпчатую текстуру.

Выбросы формальдегида

Сельскохозяйственные выбросы

Было обнаружено, что выбросы от применения удобрений на основе UF временно увеличивают локальную концентрацию формальдегида в атмосфере [10]  и способствуют образованию тропосферного озона . [14] Было обнаружено, что применение удобрений UF в теплицах приводит к значительно более высоким концентрациям формальдегида в воздухе внутри здания. [10]

Условия, влияющие на уровень выбросов

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

Сокращение выбросов

Из-за проблем с выбросами свободного формальдегида и загрязнением окружающей среды продуктами на основе мочевины и формальдегида были предприняты эффективные усилия по снижению содержания формальдегида в смолах UF. [16] Более низкое молярное отношение формальдегида снижает выбросы свободного формальдегида из продуктов UF. Наблюдается значительное снижение выбросов формальдегида из ДСП на основе UF при молярном отношении F/U от 2,0 до 1,0. Немецкий стандарт для смол UF требует, чтобы молярное отношение F/U было ниже 1,2. Стандарт NPA США требует молярного отношения F/U ниже 1,3. [17]

Проблемы со здоровьем

Влияние на здоровье возникает, когда материалы и продукты на основе УФ выделяют формальдегид в воздух. Обычно никакого влияния на здоровье формальдегид не наблюдается, когда концентрация в воздухе ниже 1,0 ppm. Начало раздражения дыхательных путей и других последствий для здоровья, и даже повышенный риск рака , начинаются, когда концентрация в воздухе превышает 3,0–5,0 ppm.

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

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Использование формальдегида
  2. ^ ab Guo, Yanle; Zhang, Min; Liu, Zhiguang; et al. (2018). «Моделирование и оптимизация синтеза карбамидоформальдегидных удобрений и анализ факторов, влияющих на эти процессы». Scientific Reports . 8 (1). Springer Science and Business Media LLC: 4504. Bibcode :2018NatSR...8.4504G. doi :10.1038/s41598-018-22698-8. ISSN  2045-2322. PMC  5852125 . PMID  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 более подробно. Он также получил аморфный, почти нерастворимый осадок, но он 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: Мочевиноформальдегидные смолы: 1979: Addison-Wesley
  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 151,016, 16 января 1922 г.
    • Ханнс Джон, «Производство продукта конденсации альдегида, пригодного для технического использования», патент США 1,355,834, 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 по материалам (14-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-007084-4.
  9. ^ Мубарик, Амин; Мансури, Хамид Реза; Пицци, Антонио; Аллал, Ахмед; Шарриер, Фатима; Бадия, Мигель Анхель; Шарриер, Бертран (2013-01-01). «Оценка механических и физических свойств промышленных ДСП, склеенных с помощью клея на основе кукурузной муки и мочевины и формальдегида». Композиты, часть B: Инженерное дело . 44 (1): 48–51. doi :10.1016/j.compositesb.2012.07.041. ISSN  1359-8368.
  10. ^ abc Salthammer, Tunga; Gunschera, Jan (2021-01-01). «Выделение формальдегида и других органических соединений из азотных удобрений». Chemosphere . 263 : 127913. Bibcode :2021Chmsp.26327913S. doi :10.1016/j.chemosphere.2020.127913. ISSN  0045-6535. PMID  32822931. S2CID  221240156.
  11. ^ Hayatsu, M (2014). «Новая функция азотных удобрений с контролируемым высвобождением». Microbes and Environments . 29 (2): 121–2. doi :10.1264/jsme2.me2902rh. PMC 4103517. PMID 25047661  . 
  12. ^ Пиетикяйнен, Янна; Петтерссон, Мари; Боат, Эрланд (2005-03-01). "Сравнение температурных эффектов на дыхание почвы и скорость роста бактерий и грибков". FEMS Microbiology Ecology . 52 (1): 49–58. Bibcode :2005FEMME..52...49P. doi : 10.1016/j.femsec.2004.10.002 . ISSN  0168-6496. PMID  16329892.
  13. ^ Weijing Yuan; Decai Li; Yunwen Shen; Yang Jiang; Yanhua Zhang; Jiyou Gu; Haiyan Tan (30 мая 2017 г.). «Подготовка, характеристика и термический анализ карбамидоформальдегидной пены». RSC Advances . 7 (58). Королевское химическое общество: 36223–36230. Bibcode : 2017RSCAd...736223Y. doi : 10.1039/C7RA06052A .
  14. ^ Kaiser, J.; Wolfe, GM; Bohn, B.; Broch, S.; Fuchs, H.; Ganzeveld, LN; Gomm, S.; Häseler, R.; Hofzumahaus, A.; Holland, F.; Jäger, J.; Li, X.; Lohse, I.; Lu, K.; Prévôt, ASH (2015-02-06). «Доказательства неопознанного нефотохимического наземного источника формальдегида в долине реки По с потенциальными последствиями для производства озона». Atmospheric Chemistry and Physics . 15 (3): 1289–1298. Bibcode : 2015ACP....15.1289K. doi : 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 древесно-стружечных плит с добавлением мочевины и формальдегида и без него в зависимости от температуры и относительной влажности». Журнал «Лесная продукция» .
  16. ^ Ayrilmis, Nadir; Lee, Young-Kyu; Kwon, Jin Heon; Han, Tae-Hyung; Kim, Hyun-Joong (2016-02-15). «Выбросы формальдегида и летучие органические соединения из LVL, произведенных с использованием трех сортов карбамидоформальдегидной смолы, модифицированной наноцеллюлозой». Строительство и окружающая среда . 97 : 82–87. Bibcode : 2016BuEnv..97...82A. doi : 10.1016/j.buildenv.2015.12.009. ISSN  0360-1323.
  17. ^ Мейерс, Джордж Э. (май 1984 г.). «Как молярное отношение смолы UF влияет на выделение формальдегида и другие свойства» (PDF) . Forest Products Journal . 34 (5). Forest Products Research Society: 35–41 – через USDA .
  18. ^ Элинсон, Линн (1984). «Политика здравоохранения и эпидемиология: научные доказательства в пользу запрета пенопластовой изоляции на основе мочевины и формальдегида». Журнал политики общественного здравоохранения . 5 (4): 513–537. doi :10.2307/3342418. JSTOR  3342418. PMID  6526937. S2CID  19201091.
  19. ^ «Токсичные химикаты и пестициды». McGregor Legere & Stevens, PC.
  20. ^ "ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЛИСТ: МОЧЕВИНОФОРМАЛЬДЕГИДНАЯ ПЕНОИЗОЛЯЦИЯ (UFFI)" (PDF) . Департамент общественного здравоохранения штата Коннектикут. Август 2015 г. Получено 23 ноября 2023 г.
  21. ^ "CPSC Bans Urea Formaldehyde Foam Insulation (UFFI)". Комиссия по безопасности потребительских товаров США. 1 марта 1982 г. Получено 23 ноября 2023 г.
  22. ^ «CPSC просит провести повторное слушание дела UFFI». Комиссия по безопасности потребительских товаров США. 5 мая 1983 г. Получено 23 ноября 2023 г.
  23. ^ "Ban On UFFI Lifted". Комиссия по безопасности потребительских товаров США. 25 августа 1983 г. Получено 23 ноября 2023 г.
  24. ^ «Канадский запрет на уреаформальдегидную пенную изоляцию». Министерство здравоохранения Канады. 2 сентября 2010 г. Получено 23 ноября 2023 г.

Внешние ссылки