Производство пластических масс на основефурфурола и ацетона

Фурфурол вступает в реакцию поликонденсации с кетонами (легче всего с ацето­ном). Первоначальными продуктами реакции являются моно- и дифурфурилиденацетоны:

Фурфурилиденацетон — кристаллический порошок желтого цвета, темнеющий при хранении, плавится при 34-37°С, растворяется в ацетоне, бензоле, толуоле, этил-ацетате и не растворяется в воде.

Дифурфурилиденацетон — желтый или оранжевый порошок с температурой плавления 50-55 °С, растворяется в ацетоне.

Смеси моно- и дифурфурилидепацетонов, взятых в различном соотношении, носят название мономеров ФА и ФАМ. Технический дифурфурилиденацетон назы­вается мономером ДИФА.

При нагревании мономера ФА или ДИФА до 180-200°С или в присутствии бен­зол-, толуолсульфокислоты и других сильных кислот уже при 50-70 С происходит образование неплавких и нерастворимых полимеров. На первой стадии образуются растворимые олигомеры с молекулярной массой 520-1350 кг/кмоль (в результате как поликонденсации по карбонильным и по метильным группам, так и полимериза­ции по двойным связям в боковой цепи). На второй стадии полимеризация продол­жается и наступает потеря растворимости при сохранении способности к набуханию.В третьей стадии полимеры полностью отверждаются и теряют плавкость. Процесс производства мономера ФА из фурфурола и ацетона в щелочной среде состоит из следующих стадий: нагревание исходных компонентов, отделение воды и сушка фурфурнлиденацетона. Применяется то же оборудование, что и в производстве ФФС (см.лк.16). В реактор загружают свежеперегнанный фурфурол и ацетон, взятые в эквимолыюм соотношении. Смесь перемешивают и при включенном обратном хо­лодильнике вводят 20 %-ный раствор гидроксида натрия.

Теплоту реакции отводят через рубашку реактора, поддерживая температуру смеси 47-55 °С. После окончания основной стадии реакции смесь нагревают до 86-95 °С и выдерживают при этой температуре 6 ч. Затем продукт реакции охлаждают до 20-25°С и нейтрализуют 30 %-ным раствором серной кислоты. После отстаивания реакционной смеси в тече­ние 1-3 ч отделяют воду и мономер ФА; высушивают путем отгонки остатка воды, охлаждают и сливают в тару.

Из мономеров получают олигомеры: олигомер ФА — дополнительным нагревани­ем мономера ФА при 180-190°С в течение 6-8 ч (или на холоду в присутствии ортофосфорной кислоты) до получения твердого темно-коричневого порошка, растворимого в ацетоне, и олигомер ДИФА — полимеризацией кристаллического мономера ДИФА. Олигомер ФА (молекулярная масса 430-470) имеет плотность 1200-1300 кг/м³ и температуру каплепадения по Уббелоде 100-115°С, олигомер ДИФА характеризуется температурой плавления 80-100°С и временем полимери­зации на плитке при 200 °С в присутствии 2 % бензолсульфокнелоты 54-180 с.

Мономеры и олигомеры, полученные из фурфурола и ацетона, широко приме­няются как самостоятельно в качестве связующих при изготовлении пресс-матери­алов, пластобетонов, антикоррозионных мастик и замазок для футеровочных ра­бот, так и в модифицированном виде (новолачными ФФС, эпоксидными смолами и др.).

Пресс-материалы обладают высокой химической стойкостью к кислым и щелоч­ным средам, тепло- и водостойкостью. Интересно использование мономера ФА в качестве огнезащитного покрытия для древесины, придающего ей гидрофобность и защищающего от гниения и в качестве связующего — в производстве негорючих древесно-стружечных плит.

Введение в мономер ФА минеральных наполнителей разной дисперсности в ко­личестве 70-90 % и катализатора отверждения (10-20 % от мономера) приводит к получению материалов, отверждаемых на холоду, имеющих черный цвет и облада­ющих монолитностью, высокой химической и механической прочностью. Их назы­вают пластобетонами и применяют как химически и водостойкие материалы в гид­ротехнических и подземных сооружениях, для изготовления электролитических ванн и др. Получают пластобетоны подобно цементному бетону в бетономешалках. Их прочностные свойства превышают свойства бетона: при растяжении в 8- 10 раз, при сжатии в 3-4 раза и при изгибе в 8-10 раз.

На основе мономера ФА и мелкодисперсного наполнителя готовят замазки: фан-зол (наполнитель песок) и ферганит (наполнитель андезитовая мука с добавкой 3-10% углеграфитового порошка). Отвердителем служит бензолсульфокислота, добавляе­мая в количестве 25 % к мономеру ФА. Все компоненты (без кислоты) перемеши­вают до получения однородной смеси, затем вводят кислоту, выгружают из смесите­ля и сразу же используют по назначению до начала отверждения.

.Производство пластических масс на основе фурфурилового спирта

Фуриловые олигомеры получают поликонденсацией фурфурилового спирта.

Реакция получения олигомеров протекает в присутствии минеральных и силь­ных органических кислот, кислых солеи и галогенидов металлов. Они представляют собой вязкие жидкости от янтарного до темно-коричневого цвета, хорошо раствори­мые в ацетоне, спирте, бензоле. Вязкость их возрастает по мере протекания реакции, но она не изменяется при рН 5-8. Отверждение олигомеров связывают с частичным раскрытием двойных связей фурановых циклов.

Производство термореактивного олигомера (например ФЛ-2) из фурфурилово­го спирта в присутствии воды и малеинового ангидрида состоит из стадий поликонденсации, нейтрализации и сушки. В реактор загружают 91 масс.ч. фурфурилового спирта, 9 масс. ч. воды и 0,30-0,36 масс. ч. малеинового ангидрида, растворенного в 1,5л горячей воды. При рН реакционной смеси 1,5-3,5 нагревают реактор до 70-72°С. Температура смеси повышается до 100°С за счет тепла реакции. При включенном обратном холодильнике процесс ведут до получения олигомеров заданной вязкости. Смесь нейтрализуют до 50-60°С 50 %-ным раствором гидроксида натрия и сушат в вакууме при 80-87 кПа и температуре 95-100 °С.

Охлажденная смола непрозрачна и имеет темно-коричневый цвет. Она отверждается при 120-140°С в присутствии сильных органических кислот (малеиновой, фумаровой, щавелевой и др.) и при 20-25 °С в присутствии сульфокислот, хлористово­дородной соли анилина и других катализаторов.

Фуриловые олигомеры применяют в качестве связующих при изготовлении сло­истых пластиков, клеев, замазок и угленаполненных изделий.