Название «карбамидная смола» указывает на ее химический состав.
Слово карбамид составлено из латинского слова «карбон» — уголь и химического термина амид. Амидами называют соединения, в которые входят один атом азота, один атом углерода, один атом кислорода и два атома водорода.
Карбамид (мочевина) — продукт сравнительно дешевый. Получение его несложно.
Жидкий аммиак насосом накачивают в автоклав. Туда же мощным компрессором нагнетают углекислый газ. Под давлением в 200 атмосфер и при температуре 160—170 градусов происходит химическая реакция. Две молекулы аммиака соединяются с одной молекулой углекислоты. При этом отщепляется одна молекула воды. Образуются крупные белые кристаллы карбамида (мочевины). Его молекула состоит из одного атома углерода, двух атомов азота, четырех атомов водорода и одного атома кислорода.
Карбамид подобно фенолу может вступать в реакцию конденсации с формалином. При этом получаются смолообразные продукты, называемые аминопластами.
Советский способ получения аминопластов высокого качества был разработан в 1937 году группой ленинградских химиков под руководством профессора Ленинградского технологического института А. А. Ванштейдта.
В железный эмалированный котел наливают формалин и нагревают его до 30—35 градусов. Затем в раствор понемногу добавляют уротропин. Уротропин был открыт Бутлеровым в 1860 году. В производстве же аминопластов он служит катализатором.
Вслед за уротропином в котел всыпают карбамид. Чтобы кристаллы карбамида быстро распускались, жидкость перемешивают. Растворяясь, карбамид снижает температуру. Поэтому через рубашку котла пропускают горячую воду и поддерживают в нем температуру на уровне 30—35 градусов. Когда весь карбамид растворится в котле, добавляют немного щавелевой кислоты. Она служит вторым катализатором. Раствор опять перемешивают в течение 20—30 минут.
В это время некоторые молекулы карбамида присоединяют к себе по одной молекуле формалина, некоторые по две, но на этом процесс не останавливается.
Молекулы карбамида, присоединившие к себе две молекулы формальдегида, начинают отщеплять воду. Часть молекул успевает это сделать, остальным же не хватает времени. Химики искусственно прерывают реакцию, чтобы карбамидная смола не потеряла пластичности. Когда анализ показывает, что 9/10 формалина израсходовано, нагревание прекращают. Это позволяет получить жидкую, растворимую в воде смолу.
Из котла жидкую смолу спускают в смеситель. В этом аппарате смола смешивается с красителями и различными вспомогательными материалами.
Из чистой смолы отливают изделия, похожие на хрустальные вазы, флаконы, бокалы. Из нее выдувают баллоны для медицинских ламп «горного солнца». Карбамидное стекло почти вдвое легче кварцевого стекла, но так же хорошо пропускает ультрафиолетовые лучи.
Если жидкую смолу смешать с наполнителями — сульфитной целлюлозой, хлопковым пухом и очесами, то получаются просвечивающиеся и полупросвечивающиеся материалы.
Основательно перемешанную массу выгружают из смесителя на алюминиевые противни и сушат. Затем высушенную массу размалывают в тончайший порошок, который засыпают в формы и прессуют под давлением в 200—300 атмосфер и при температуре 135—160 градусов. Вот тут-то и заканчивается реакция, которую не довели до конца при варке.
Молекулы карбамида, успевшие присоединить к себе по две молекулы формалина, и молекулы карбамида, успевшие присоединить только одну молекулу, соединяются между собой, отщепляя воду. Образуется новое вещество, которое представляет собой сложное молекулярное сооружение. В нем все молекулы связаны между собой метиленовыми мостиками по всем направлениям.
Из формы выходят красивые, окрашенные в разные цвета чашки, тарелки, блюдца, масленки, пудреницы, подстаканники.
Эта посуда не лопается от горячей воды, не разбивается при падении или от удара.
Если же смешивать с карбамидной смолой большое количество наполнителя, то получаются непросвечивающие пластики. Из них изготовляют разные детали, применяемые в электротехнике и радиотехнике, скобы для шкафов, паркет, плитки для облицовки стен, корпуса и чашки автоматических весов.
Изделия из аминопластов гигиеничны, прекрасно моются мыльной, водой и не ржавеют. Кроме того, эти изделия всегда сохраняют свой нарядный вид.
Аминопласты очень прочны — выдерживают разрывное усилие до 1000 килограммов на квадратный сантиметр.
Аминопласты успешно заменяют цветные металлы, особенно при изготовлении различных кранов. Краны эти в несколько раз легче медных или латунных. Они красивы, не поддаются коррозии и служат гораздо дольше металлических.
Жидкой смолой пропитывают хлопчатобумажные и льняные ткани. Высушенную ткань пропускают через каландры—металлические барабаны, нагретые до 180 градусов. Получается мягкий, прочный и негнущийся материал, который напоминает плотную шерстяную ткань. Такой материал не боится сырости и моли. Из него шьют костюмы и платья. Им обивают мягкую мебель, диваны, кресла, кушетки. Его используют в качестве декоративных обойных материалов. Эти ткани хорошо моются. К ним не пристают пыль и краски. Пятна от чернил или красного вина, пролитого на скатерть, легко стираются мокрой тряпкой.
Аминопласты впервые появились двадцать пять лет назад. За это время производство их увеличилось более чем в 50 раз.
Причина этому — прозрачность этих материалов и простота обработки, их легкая окрашиваемость и дешевизна исходных материалов. Формальдегид приготовляют из угля и воды, а карбамид — из угля, воды и азота воздуха.
Воздух, вода и уголь — таковы исходные материалы для этой пластмассы.