脲醛樹脂合成工藝的研究

為了降低醇酸酐中的甲醛釋放，許多制造公司采用低毒（低摩爾比）醇酸。但生產(chǎn)中存在預壓性差問題,使分次涂膠工藝難以實現(xiàn)。本研究不單純從降低甲醛和尿素的摩爾比來降低脲醛樹脂中的游離甲醛含量,而且在使甲醛和尿素的摩爾比降至基本不影響脲醛樹脂性能的前提下,通過在脲醛樹脂合成過程中經(jīng)過適當脫水、加入三聚氰胺、在調膠時加入大量面粉作為填充劑來減少脲醛樹脂的實際使用量的方法,來最終降低膠合板的甲醛釋放量。1試驗材料和方法1.1甲醛釋放量檢測材料:甲醛(37%)、尿素(98%)、納米SiO2(平均粒徑20nm,比表面積440m2/g)、三聚氰胺、聚乙烯醇、氫氧化鈉、甲酸、過硫酸銨、API、面粉、單板(楊木、椴木、柳安,含水率在8%～12%)、甲醛釋放量檢測用試劑等。試驗儀器設備:BY302×2/15型計算機程控試驗熱壓機、CMT5105型計算機程控木質材料力學試驗機、JJ-1型大功率數(shù)顯電動攪拌器、SY-8200T型超聲波發(fā)生器、721S數(shù)顯分光光度計、膠合板甲醛采集測定裝置等。1.2工藝的合成將計量好的甲醛加入反應釜,調反應液pH值至7.5～7.8。加入一次尿素、三聚氰胺、聚乙烯醇,在50～60min內升溫至90℃,保溫30min;調反應液pH值至4.9,保溫30min;調反應液pH值至4.5,反應10min后連續(xù)測黏度;當黏度達到規(guī)定值后,調反應液pH值至6.5,降溫至80℃,加入二次尿素,在75℃反應30min;調反應液pH值至8.0加入三次尿素(使甲醛與尿素的摩爾比為1.23),在70℃條件下真空脫水至反應液的密度為1.26g/cm3。加入三聚氰胺,反應30min,降溫至35℃以下放料。經(jīng)上述工藝合成的脲醛樹脂主要性能指標:固體含量65%～68%;黏度40～60s(20℃,涂-4);游離甲醛含量0.1%～0.25%;pH值7.3～7.8;水混合性2～6倍;適用期>3h(復合固化劑);貯存期60d。1.3制造膠件1.3.1工藝調膠及水調膠脲醛樹脂膠的調制是本研究的關鍵。因為所合成的脲醛樹脂自身游離甲醛含量偏高,在調膠過程中如只加入少量的填充劑,生產(chǎn)出的膠合板無法達到E1級要求。在調膠時加入盡可能多的面粉填充劑和水(當面粉填加量超過15%時,樹脂黏度變大,流動性變差,不利于涂膠,應加入適量的水,使樹脂黏度適當),在涂膠量不變的前提下,使生產(chǎn)膠合板所用脲醛樹脂的實際使用量減少,以此達到降低甲醛釋放量的目的。為保證膠合強度和進一步降低甲醛釋放量,可以適當加入一定量的納米SiO2、API膠粘劑作為改性劑,同時加入0.5%～0.8%的復合固化劑。1.3.2預壓成型熱壓溫度試驗選用含水率在8%～12%的楊木、椴木和柳桉單板,壓制3層膠合板,涂膠量為300～320g/m2;在常溫下預壓成型,預壓壓力1MPa,時間30～60min;熱壓壓力0.8～1.0MPa,熱壓溫度105～120℃,熱壓時間50～60s/mm板厚。在自然條件下放置48h后進行各項物理力學性能的檢測。2結果與討論2.1影響粘合劑膠合強度的影響2.1.1水加入量對膠接反應的影響由試驗結果可以看出,面粉加入量較少時,膠粘劑的膠合性能有一定改善。這是因為面粉有效地提高了膠粘劑的固體含量和初粘性,改善了膠接工藝性能,減少透膠及分層鼓泡現(xiàn)象的發(fā)生。隨著面粉填充量的加大,為保證膠液的黏度適宜涂膠,在調膠過程中加入了一定量的水,水的加入量隨面粉填充量的增大而增加。此時膠液中的有效成分減少,從而降低了膠合板的膠接強度。由表1可知,當面粉填充量超過50%時,膠合板的膠合強度已不能滿足國家標準的要求(GB/T9846.3—2004)。2.1.2納米sio樹脂膠膠合強度的提高納米SiO2的加入,使脲醛樹脂膠的膠合性能有了顯著改善,這是由納米粒子的結構和特性決定的。納米SiO2的表面能高,能與脲醛樹脂中的羥基、氨基等產(chǎn)生交聯(lián),提高分子的內聚力和交聯(lián)程度,縮短聚合時間。同時,納米SiO2還會與木材中的羥基結合,形成牢固的Si—O—C鍵,從而使脲醛樹脂膠的膠合性能得到提高。試驗結果表明(表2),當面粉填充量為60%時,加入1%的納米SiO2,即可使膠合強度滿足要求。當面粉填充量為70%時,因膠液中的有效成分減少,加入2%的納米SiO2,膠合強度亦不能滿足要求。2.1.3復合膠合生產(chǎn)人工金屬犯罪劑API膠粘劑具有良好的膠接性能和耐水性能,預壓性能好;同時API膠粘劑中的異氰酸酯能與脲醛樹脂膠中的其它成分產(chǎn)生有效的交聯(lián),形成更穩(wěn)定的結構,進而提高膠合板的膠合強度。用其生產(chǎn)膠合板既可以在常溫下膠合,也可以加熱膠合,加熱膠合生產(chǎn)膠合板的生產(chǎn)工藝與脲醛樹脂相當。試驗結果(表2)表明,API膠粘劑的加入,有效地改善了脲醛樹脂膠粘劑的膠合性能,提高了板坯的預壓性能和膠合板的膠合強度,當面粉填充量為80%時,加入20%的API膠粘劑,可使膠合強度滿足要求。2.2影響膠合板釋放二胺的影響2.2.1納米sio用量對甲醛釋放量的影響隨著面粉填充量的加大,調膠后膠液中的脲醛樹脂量減少,在涂膠量不變時,實際脲醛樹脂用量減少,使甲醛釋放量降低。當面粉填充量為50%時,甲醛釋放量達到E1級標準要求。納米SiO2的表面能高,具有較高的反應活性,對游離甲醛有一定的吸附作用。但當面粉填充量增大時,調膠后膠液中的游離甲醛數(shù)量變少,導致納米SiO2對游離甲醛的吸附作用不明顯。2.2.2異氰酸酯的保鮮作用API膠粘劑對膠合板甲醛釋放量的作用包括:一方面API膠粘劑加入后,相當于減少了脲醛樹脂膠的用量,故使游離甲醛的釋放量降低;另一方面,異氰酸酯本身的活性極強,能與木材中的含羥基化合物和含羧基化合物反應,交聯(lián)樹脂上游離出來一部分甲基團,從而抑制了木材中高分子化合物水解釋放出的醋酸等有機酸、甲醛等,減少了游離甲醛的潛伏量;此外,異氰酸酯可起到甲醛捕捉劑的作用,能夠捕捉脲醛樹脂膠內殘留的一部分甲醛。試驗表明,隨著API膠粘劑加入量的增加,膠合板中甲醛釋放量逐漸降低。3溫和社會酸在造林時,其方法在于其添加api粘合劑的必要性,3.1在脲醛樹脂合成時,使甲醛和尿素的摩爾比降至1.23,通過在脲醛樹脂合成過程中經(jīng)過適當脫水、加入三聚氰胺,在調膠時加入50%～80%的面粉作為填充劑來減少脲醛樹脂的實際使用量的方法,可以使3層膠合板的甲醛釋放量達到E1級;當單板涂膠量小于300g/m2時,5層膠合板的甲醛釋放量可以達到E1級;當面粉填充量超過60%,API膠粘劑加入量不小于20%,單板涂膠量小于300g/m2時,7、9層膠合板的甲醛釋放量可以達