低毒脲醛树脂的合成工艺研究

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脲醛树脂(UF)胶粘剂是木材工业中使用量最大的胶粘剂。然而,脲醛树脂及其制品在生产和使用过程中会释放出甲醛。因此,如何生产出游离甲醛含量低、胶合强度高的脲醛树脂,成为我国胶粘剂行业中的一个研究重点。本研究中首先采用二次加甲醛、二次加尿素的“弱碱-弱酸-弱碱”合成工艺,在不添加任何改性剂的情况下,研究了合成过程中各阶段的摩尔比、pH值、反应温度以及反应时间等因素对胶粘剂各项性能的影响。由此所确定的较优工艺条件为:三阶段的醛脲比分别为r1=1.0、r2=2.2、r3=1.4;pH值分别为pH1=7.5、pH2=4.4、pH3=9.0;反应温度分别为T1=60℃、T2=80℃、T3=70℃;反应时间分别为t1=20min、t2=50min、t3=40min。用该工艺所合成的脲醛树脂符合低游离甲醛含量(<0.5%)的国家标准要求,其各项指标为:粘度65.2mPa.s、固化时间42.0s、固体含量49.93%、游离甲醛含量0.44%、羟甲基含量15.84%。特别是冷压板的胶合强度达到了1.52Mpa,大大超过了国家标准规定的热压板的胶合强度要求(>0.8MPa)。冷压法在实际生产应用中不仅方便操作,而且也更节省能耗。然后,在r1=1.0、r2=2.6、pH1=7.5、pH2=5.8、pH3=9.0、T1=90℃、T2=80℃、T3=70℃、t1=40min、t2=50min和t3=40min的工艺条件下,应用均匀实验设计法研究了在“弱碱-弱酸-弱碱”合成工艺中,以聚乙烯醇和三聚氰胺为改性剂的脲醛树脂原料配比对胶粘剂性能的影响,并建立了游离甲醛含量和胶合强度分别与聚乙烯醇、三聚氰胺和终摩尔比之间的二次回归方程。结果表明:(1)不加任何改性剂时,随着甲醛尿素终摩尔比的增加,游离甲醛含量和冷压板的胶合强度均增加;(2)当仅加聚乙烯醇时,冷压板的胶合强度随聚乙烯醇的增加而增加,游离甲醛含量在r<0.7时随聚乙烯醇的增加而增加,而在r≥0.7时则随聚乙烯醇的增加而减小;(3)当仅加三聚氰胺时,游离甲醛含量随三聚氰胺的增加,先减小而后略有增加;冷压板的胶合强度随三聚氰胺的增加而增加。通过分析游离甲醛含量和冷压板胶合强度的二次回归方程,确定出了符合低游离甲醛含量要求的改性脲醛树脂的配方配比。当聚乙烯醇和三聚氰胺用量分别为尿素甲醛总量的1.1%和9.9%时,终摩尔比在0.93到1.50范围内,均能制得符合国家标准要求的低游离甲醛含量脲醛树脂。当终摩尔比取1.0时,游离甲醛含量为0.25%,冷压板的胶合强度为0.93MPa,粘度为80.3mPa.s,固体含量为51.59%,固化时间为34.7s,能够达到国家标准要求,但其成本较高,只有用于高质量要求的场合时才有实际意义。
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