теоретическое обоснование процессов структурирования смол

Метод оценки структурных параметров стеблевого слоя льняной тресты
1
УДК 547.914
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
СТРУКТУРИРОВАНИЯ СМОЛ НА ОСНОВЕ ФУРАНАЦЕТОНОВОГО МОНОМЕРА
Т.П. Муравицкая, А.Г. Ивлев, А.А. Гурусова
В статье рассмотрены некоторые теоретические аспекты строения, структуры и возможности модификации
фурановых смол, полученных на основе мономера ФА.
Фурановая смола, маномер ФА, структурирование, модификация.
Фурановые смолы – термореактивные или полимерные продукты конденсации и ионной
полимеризации фурфурола, фурилового спирта и их смеси друг с другом или с различными
соединениями (альдегидами, кетонами, спиртами, фенолами). Они используются в различных
областях промышленности в качестве связующих (замазки, мастики, клеи, лаки, слоистые
пластики), в производстве полимербетона и негорючих водостойких древесно-стружечных плит
[1–3].
Широкое применение в качестве связующих нашли фурановые смолы на основе мономера
ФА (фуранацетоновый мономер).
Известно, что мономер ФА – это продукт альдольной конденсации фурфурола с ацетоном в
щелочной среде. Смолы этого типа способны отверждаться (структурироваться) при повышенной
температуре (150–170 °С) в присутствии кислотных катализаторов.
Процессы структурирования мономера ФА и структура отвержденного полимера изучены
недостаточно полно в связи с многообразием и сложностью реакций, обусловленных высокой
реакционной способностью компонентов мономера ФА.
Изучение процессов структурирования и структуры отвержденного полимера представляет
большой теоретический и практический интерес, так как физико-механические характеристики
полученных
фурановых
смол
определяются
указанными
выше
процессами
структурообразования.
В настоящей работе сделана попытка теоретического описания химизма процессов
структурирования фурановой смолы на основе мономера ФА.
Механизм и глубина протекания реакций, приводящих к отверждению смолы, определяется
структурой моно- и дифурфурилиденацетонов, которые представляют собой реакционноспособные сопряженные системы, содержащие ацидофобные фурановые циклы и кетогруппы:
CH C
O
C
CH3
CH CH
O
O
C
CH CH
O
O
монофурфурилденацетон
CH C
O
C
CH3
O
CH CH
O
C
CH CH
O
O
дифурфурилденацетон
Можно предположить, что при нагревании в кислой среде в результате протонизации атома
кислорода карбонильной группы происходит нарушение сопряжения и раскрытие ацидофобных
циклов по схеме:
n
CH CH
O
C
O
150 _1700 C
CH CH
O
pH<7
CH3
O CH CH CH C CH CH C CH CH C CH CH CH O
OH
Одновременно протекают процессы ионной полимеризации по
сопряженной системы с образованием густосшитого (сетчатого) полимера:
двойным
связям
Метод оценки структурных параметров стеблевого слоя льняной тресты
2
CH3
O CH CH CH C CH CH C CH CH C CH CH CH O
OH
CH3
O CH CH CH C CH CH C CH CH C CH CH CH O
OH
Фурановые смолы представляют собой жесткие, хрупкие полимеры, темного цвета. Это
хорошо согласуется с представленной выше структурой отвержденного фуранацетонового
полимера. У сшитого полимера по мере увеличения густоты сетки повышаются твердость,
хрупкость, термостойкость [4].
Однако, несмотря на жесткость и хрупкость фурановые смолы широко используются в
качестве связующих и, следовательно, должны обладать известной гибкостью. Кажущееся
противоречие находится в полном соответствии с предлагаемой структурой полимера,
содержащей фрагменты цепи, снижающие потенциальный барьер вращения вокруг связей С−О,
что обусловливает достаточную эластичность сетчатого полимера.
Другой, не менее важный вывод, который следует из представленной структуры полимера,
– это возможность его модификации. Снижение хрупкости и жесткости может быть достигнуто
модификацией фуранацетоновых смол соответствующими реакционно-способ-ными реагентами:
фенолами, метилольными производными фенолов и меламина. Неотвержденная смола легко
совмещается с реакционно-способными олигомерами, что приводит к снижению частоты сшивок
и уменьшению хрупкости модифицированного полимера.
В то же время с целью экологизации процесса получения фурановых смол большой
интерес представляет их модификация продуктами природного происхождения, полностью
нетоксичными, содержащими метилольные группы. Таковыми являются гуминовые кислоты,
выделяемые в виде солей щелочных металлов из торфов и сапропелей. По современным
представлениям в молекулах гуминовых кислот высоко содержание карбоксильных групп,
фенольных и спиртовых гидроксилов, присутствуют также бензольные фрагменты и
алифатические цепи [5]. Известны факты использования гуминовых соединений как эффективных
связующих в полимерных клеящих композициях для повышения их адгезионной способности и
эластичности [6].
Учитывая изложенное, вполне обоснованной представляется возможность использовать
добавки гуматов при получении фуранового полимера. Можно предположить, что образующиеся в
начальной стадии олигомеры в кислой среде при нагревании конденсируются с выделением воды
за счет гидроксогрупп олигомера и метилольных групп модифицирующего компонента. Раздвигая
полимерные цепи, снижая частоту сшивок и хрупкость полимера, они приводят к повышению
качества смолы как связующего материала, что открывает новые перспективы ее использования в
деревообрабатывающей промышленности.
Обобщая изложенное, можно заключить, что теоретические закономерности получения и
модификации фурановых смол нуждаются в серьезном экспериментальном подтверждении для
доказательства практической перспективности исследований в данном направлении.
Выводы
1. Сделана попытка теоретического обоснования процессов структурирования фурановой
смолы на основе мономера ФА.
2. С целью улучшения гибкости, эластичности фурановых смол предложена их
модификация полимерами природного происхождения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Маматов Ю.М. Фурановые смолы: производство и применение / Ю. М. Маматов. −М. : Химия,
1974.
2. Маматов Ю.М. Полимерные материалы на основе фурановых смол и их применение / Ю. М.
Маматов. − М. : Химия, 1975.
3. Химический энциклопедический словарь / под ред. И.Л. Кнунянца. −М. : Сов. энциклопедия,
1983.
4. Тугов И.И. Химия и физика полимеров / И. И. Тугов, Г. И. Кострыкина. −М. : Химия, 1989.
Метод оценки структурных параметров стеблевого слоя льняной тресты
3
5. Вашурина И.Ю. Оценка возможности применения природных гуминовых кислот для
повышения эффективности шлихтования хлопчатобумажной пряжи / И. Ю. Вашурина, Н. Е.
Шарова, Ю. А. Калинников // Текстильная химия. − 2000. − №1. − С. 30−34.
6. А.с. СССР 690042, кл.с 08 L 63/100, с 08 G 59/42. Полимерная композиция // БИ. − 1979.
THEORETICAL STUDY OF STRUCTURIZATION PROCESSES
OF RESINS ON CETONE MONOMER BASIS
T.P. Muravizkaya, A.G. Ivlev, A.A. Gurussova
Some theoretical aspects of structure, construction and possibilities of modification of furan resins got on FA
monomer basis are discussed in this article.
Resin, monomer, structure, reaction, cycle , variation.
Рекомендована кафедрой химии КГТУ
Поступила 15.03.2010