Карбамидо-формальдегидный
Мочевина-формальдегид ( 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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]К свойствам карбамидоформальдегидной смолы относятся высокая прочность на растяжение , 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
[ редактировать ]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 .
Производство
[ редактировать ]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
[ редактировать ]Мочевина-формальдегид широко распространен. Карбамидоформальдегид получил широкое применение благодаря невысокой стоимости, быстрому времени реакции, высокой прочности сцепления, влагостойкости, отсутствию цвета, устойчивости 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
[ редактировать ]Карбамидоформальдегидные соединения широко используются в качестве медленновысвобождающихся источников азота в сельском хозяйстве. [2] Скорость разложения на CO 2 и NH
3 зависит от длины карбамидоформальдегидных цепочек 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
[ редактировать ]пенокарбамидоформальдегидной Коммерциализация изоляции из пены (UFFI) началась в 1930-х годах как синтетическая изоляция с теплопроводностью от 0,0343 до 0,0373 Вт/м⋅К. [13] соответствует значениям U для толщины 50 мм в пределах 0,686 Вт/м 2 К и 0,746 Вт/м 2 K или Значения R между 1,46 м 2 К/Вт и 1,34 м 2 К/Вт (0,26 ° F⋅ft 2 ⋅ч/БТЕ и 0,24 °F⋅ft 2 ⋅ч/БТЕ для толщины 1,97 дюйма).
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 похоже на сочащуюся жидкость, затвердевшую. 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
[ редактировать ]Сельскохозяйственные выбросы
[ редактировать ]Было обнаружено, что выбросы в результате внесения удобрений на основе УФ временно повышают 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
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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 выделение 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
[ редактировать ]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 американском штате 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 году. [22] [23] UFFI был запрещен в Канаде в 1980 году и остается в силе. [24]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Использование формальдегида
- ^ Перейти обратно: а б Го, Янлэ; Чжан, Мин; Лю, Чжигуан; и др. (2018). «Моделирование и оптимизация синтеза карбамидоформальдегидных удобрений и анализ факторов, влияющих на эти процессы» . Научные отчеты . 8 (1). Springer Science and Business Media LLC: 4504. doi : 10.1038/s41598-018-22698-8 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 5852125 . ПМИД 29540771 .
- ^ 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 .
- ^ См.:
- Толленс, Б. (1884) «О некоторых производных формальдегида», отчеты Немецкого химического общества , 17 : 653–659. На странице 659 Толленс вскользь упоминает: «…из мочевины и формальдегида доктор Хельцер получил твердое, плохо растворимое производное». (…напротив, из мочевины и формальдегида доктор Хёльцер получил твёрдое, почти нерастворимое производное.)
- Б. Толленс (1896) «О метилен -мочевине», отчеты Немецкого химического общества , 29 (3): 2751–2752. Ни Вуд, ни Толленс не осознавали, что мочевина и формальдегид полимеризуются.
- Гольдшмидт, Карл (1896) «О влиянии формальдегида на мочевину» , отчеты Немецкого химического общества , 29 (3): 2438–2439.
- Гольдшмидт, К. (1897) «О влиянии формальдегида на мочевину», Chemiker-Zeitung , 21 (46): 460.
- ^ Мейер, Карл: Карбамидоформальдегидные смолы: 1979: Аддисон-Уэсли
- ^ См.:
- Х. Джон «Способ производства продуктов конденсации из формальдегида и мочевины или тиомочевины или других производных мочевины», патент Австрии № 78251, 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.
- ^ Ван Генд и Лоос против Управления внутренних доходов Нидерландов
- ^ 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 .
- ^ 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 кукурузной мукой и карбамидоформальдегидным клеем» . Композиты. Часть B: Инженерия . 44 (1): 48–51. doi : 10.1016/j.compositesb.2012.07.041 . ISSN 1359-8368 .
- ^ Перейти обратно: а б с 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 . ПМИД 32822931 . S2CID 221240156 .
- ^ 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 .
- ^ Пиетикяйнен, Янна; 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 .
- ^ 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 . 7 (58). Королевское химическое общество: 36223–36230. дои : 10.1039/C7RA06052A . Проверено 25 мая 2023 г.
- ^ 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 существования 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 .
- ^ Фрихарт, Чарльз; Уэскотт, Джеймс; Чаффи, Тимоти; Гоннер, Кайл (2012). «Выбросы формальдегида из древесностружечных плит, склеенных мочевиной и формальдегидом и без добавления формальдегида, под влиянием температуры и относительной влажности» . Журнал лесных товаров .
- ^ Айрилмис, Надир; Ли, Ён-Гю; Квон, Джин Хон; Хан, Тэ Хён; Ким, Хён Чжун (15 февраля 2016 г.). «Выбросы формальдегида и ЛОС из LVL, произведенных с использованием трех марок карбамидоформальдегидной смолы, модифицированной наноцеллюлозой» . Строительство и окружающая среда . 97 : 82–87. дои : 10.1016/j.buildenv.2015.12.009 . ISSN 0360-1323 .
- ^ Мейерс, Джордж Э. (май 1984 г.). «Как мольное соотношение УФ-смолы влияет на выделение формальдегида и другие свойства» (PDF) . Журнал лесных товаров . 34 (5). Общество исследования лесных товаров: 35–41 – через Министерство сельского хозяйства США .
- ^ 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 . ПМИД 6526937 . S2CID 19201091 .
- ^ «Токсичные химикаты и пестициды» . МакГрегор Лежер и Стивенс, ПК.
- ^ «ТЕХНИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ: ИЗОЛЯЦИЯ МОЧЕВИНОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ ПЕНОЙ (UFFI)» (PDF) . Департамент общественного здравоохранения Коннектикута. Август 2015 года . Проверено 23 ноября 2023 г.
- ^ «CPSC запрещает изоляцию из пеноформальдегида мочевины (UFFI)» . Комиссия по безопасности потребительских товаров США. 1 марта 1982 года . Проверено 23 ноября 2023 г.
- ^ «CPSC просит провести повторное слушание по делу UFFI» . Комиссия по безопасности потребительских товаров США. 5 мая 1983 года . Проверено 23 ноября 2023 г.
- ^ «Запрет на UFFI снят» . Комиссия по безопасности потребительских товаров США. 25 августа 1983 года . Проверено 23 ноября 2023 г.
- ^ «Канадский запрет на изоляцию из карбамидоформальдегидной пены» . Здоровье Канады. 2 сентября 2010 г. Проверено 23 ноября 2023 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Карбамидоформальдегид (Историческое общество пластмасс)
- История карбамидоформальдегидных смол: Глава 1 книги: Карл Мейер, Карбамидоформальдегидные смолы (Ридинг, Массачусетс: Addison-Wesley, 1979).
- Изоляция из карбамидоформальдегидной пены ( Канадская ипотечная и жилищная корпорация )
- Качество воздуха в помещении: Формальдегид США ( Агентство по охране окружающей среды )
- Формальдегид... его безопасное использование на литейных заводах ( Управление по охране труда и технике безопасности Великобритании )
- (Агентство США по охране окружающей среды)
- (Программа оценки гигиены окружающей среды и труда | Департамент общественного здравоохранения Коннектикута)
- (Комиссия по безопасности потребительских товаров | Комиссия по безопасности потребительских товаров)
- (Лаборатория лесных товаров: Лесная служба Министерства сельского хозяйства США)
- [Данки, М., «Карбамидоформальдегидные (УФ) клеевые смолы для дерева», Международный журнал адгезии и клеев, 1998. (18:2).]
- (Британская энциклопедия)
- (PropEx.com)
- (Министерство труда США, Управление по охране труда (OSHA))