Ureum-Formaldehyde Hars

[Leander]

Het leek me wel eens leuk een polymeer te maken op basis van OTC chemicaliën. Ik heb de stoute schoenen eens aangetrokken en een ureum-formaldehyde hars proberen te maken. Dit is een thermoharder die je kunt syntheseren door polycondensatie van -jawel- ureum met formaldehyde.



De reactie bevat twee stappen. De eerste stap is een additiereactie van formaldehyde aan de aminogroepen van de ureum. Hierbij ontstaat zowel mono- di- als trimethylolureum. Daarna volgt de condensatie van deze x-methylolureum verbindingen tot laag moleculaire polymeerketens. In eerste instantie zou je een soort gel moeten krijgen die op STP min of meer stabiel is. Vaak werd de gel in een chemische fabriek gemaakt en pas later mbv mallen bij hogere temperatuur en druk verwerkt tot een eindproduct. Onder deze omstandigheden loopt de condensatiereactie volledig af en vindt ook de vernetting plaats. Prima. Nu de praktijk.

Experimenteel:

40 gram ureum werd opgelost in 200 ml 37% (m/m) formaline. Met vast NaOH werd de pH ingesteld op 8, waarna 20 minuten werd verwarmt op 95oC (afbeelding 1). Vervolgens werd de oplossing met 9% HCl naar een pH van 2 gebracht. De viscositeit nam hierbij direct toe. Binnen enkele minuten veranderde de heldere vloeistof in een pudding-achtige witte koek (afbeelding 2).

Het condensatieproduct werd vanuit de erlenmeyer overgebracht in een breed bekerglas en verwarmt bij 150oC. Hierbij werd duidelijk dat het polymeer een soort matrix had gevormd waarin het water werd vastgehouden. Na een half uur zag het product er nog exact hetzelfde uit en was er nauwelijks water verdampt. Op de bodem van het bekerglas werd een harde solide donut van uitgeharde polymeer aangetroffen (afbeelding 3).

Filmpje! (geen eigen werk)

Waarschijnlijk heb ik de boel wat te sterk aangezuurd waardoor de eindconversie te hoog is geworden. Hierdoor krijg je een te viskeus (lees vast) product wat je zonder warm persen nooit watervrij krijgt. Als je ziet dat de reactiesnelheidsconstante van de condensatie logaritmisch afhankelijk is van de pH is dat ook niet echt verwonderlijk. (afbeelding 4)



De volgende keer proberen met ureum en paraformaldehyde? [Journal of Polymer Research]

Bron:

-US patent 3962166

-Conner A.H. , Urea Formaldehyde Adhesive Resins, Polymeric Materials Encyclopedia, 1996

[ExplosiveCoek]

Goed verslag Leander! Erg leuk/interessant om te lezen.

[pdfbq]

Leuk hoor!
Zou je er thuis iets mee kunnen, dus bijvoorbeeld een gipsen mal vullen en dan de oven in?

Verder vind ik jou manier van plaatjes tonen geniaal! Heb je dat gekloot met die editor niet meer dat ze verspringen terwijl je dat niet wilt.

[Leander]

Ik vrees dat in de oven verwerken niet echt helpt omdat je zo je vocht nooit kwijtraakt. De enige manier om het enigzins watervrij te krijgen is misschien dmv een vacuümdroger. Ik moet nog maar eens uitzoeken hoe ze dit op industriële schaal doen. Ik neem aan dat dat vocht er toch uit moet wil je een duurzame kunststof kunnen produceren.

Verder zou het paraformaldehyde idee nog wel eens goed kunnen werken. Zou je zelf paraformaldehyde uit formaline kunnen halen? Mijn idee was om het eerst kort de destilleren tot de meeste methanol er uit is en vervolgens een klein beetje benzoylperoxide toe te voegen als initiator. Met een beetje geluk polymeriseert het dan vanzelf en kun je het zo filteren. Weet iemand of er naast MeOH nog meer stabilisatoren in die rommel zitten?

Wat betreft goedkope gietbare polymeer kun je in sommige kunstwinkels en bij bijvoorbeeld labstuff ook wel giethars kopen. Zoiets is gewoon kant en klare heldere polyester. Mensen gebruiken het wel eens voor ingieten van zeldzame insecten etc. Ik denk dat je met ammoniumperchloraat ook nog best leuke propellant kan bouwen. ;)