实验设计书.doc

实验设计书1.实验题目氧化淀粉改性脲醛树脂初探2.实验目的脲醛树脂胶粘剂具有胶粘强度高、成本低廉、原料易得、生产工艺简单、使用方便、胶层色浅无板面污染等优点；但它也有耐水性和抗老化性差，游离甲醛含量偏高，固化时胶层体积收缩产生内应力而引起胶层龟裂等缺点，不能适应建材行业的发展需求。为克服这些缺点，已经有较多关于利用苯酚、聚乙烯醇、三聚氰胺、硫脲等改性剂对脲醛树脂胶粘剂进行改性的研究报道 使用这些改性剂对脲醛树脂的性能虽有较大的改善，但原料价格昂贵，使生产成本大幅度增加。为了使脲醛树脂胶粘剂性能得以改善之同时不提高成本，很多的学者用氧化淀粉对脲醛树脂进行改性，并取得了比较好的效果。淀粉是一种可再生资源，我国玉米种植面积广，淀粉资源比较丰富且价格较低。本研究通过加入氧化淀粉对脲醛树脂胶进行改性，改善脲醛树脂胶的胶合性能，提高其耐水性和耐老化性，降低其生产成本。3.实验目标通过改变甲醛和尿素的合成配比以及加入氧化淀粉的量，分析不同的合成配比及合成参数对脲醛胶性能的影响，寻求最佳的合成工艺。4.实验内容、步骤及方法4.1 实验内容1）实验合成参数的选择：反应时间与脲醛树脂的聚合度、物理性能及游离甲醛的含量有密切联系。若反应时间过短，则聚合反应不完全，会造成树脂固含量低，黏度小，游离甲醛含量高及胶合强度低；若反应时间过长，则会导致树脂聚合度过高、黏度过大、水溶性差，储存期短和树脂质量差。反应时间的长短要根据F/U 摩尔比、催化剂、pH 值和反应温度等条件而定，以产物具有适当的聚合度和优良的胶合性能为准。脲醛树脂的反应时间一般在150210 min 为宜。在不改变反应物浓度的情况下，反应温度对反应速度有重要影响。在其他条件相同时，反应温度和反应速度呈直线关系,反应温度越高,反应速度越快,在酸性阶段犹为明显。温度过高，反映前期容易导致树脂液暴沸而喷胶。缩聚阶段，易造成分子量过大或分子量大小分布不均匀, 游离甲醛含量高,粘度过大等生产事故。温度过低，则造成反应时间过延长，树脂聚合度低，分子量太小，树脂固化速度过慢而使胶层机械强度降低等不良后果。2）脲醛树脂胶的制备：采用碱一酸一碱合成工艺，开始加成阶段先保温一定时间再升温，加酸时降温，有利于控制反应的聚合度，防止胶的凝固。尿素分三次加入，有利降低游离甲醛的含量。3）氧化淀粉的制备：选用双氧水作为淀粉的氧化剂，因为其氧化效果好可以获得高纯度的氧化淀粉，加入的量为5%。由于淀粉氧化反应的温度不得超过70，否则容易凝胶成团，所以选择的反应温度为6O65。4）氧化淀粉调制脲醛树脂：氧化淀粉磨碎之后再加入脲醛树脂，交联温度和时间要控制好，树脂性能的优良主要取决于交联的程度。5）改性脲醛树脂胶性能的测定:根据胶粘剂的指标测试标准进行测定。4.2实验方案试验因素123456789101112甲醛和尿素摩尔比1.41.41.41.41.51.51.51.51.61.61.61.6氧化淀粉加入量/1015202510152025101520254.3 实验步骤1）氧化淀粉的制备：在原淀粉中加入NaOH溶液(淀粉量的0.11.2%)进行20min左右的活化，目的是破坏淀粉分子间的氢键，使晶格间距离增加，以利于随后的氧化；接着加入双氧水溶液(淀粉量的5% )，充分搅拌后置于6O65下反应45h；最后移入烘箱烘干，待冷却后研细备用。2) 脲醛树脂的合成：先在反应器加入甲醛，用氨水调pH值至8.08.5，升温到45,加第一批尿素(约为总量的7O )，控制反应温度为4550；保温3040min后加第二批尿素(总量的25 )，加热升温，使烧瓶内内物料在20min内匀速升温至9095，保温反应3040 min。加甲酸调pH值至5.05.5，匀速降温至6065，并随时观察胶液黏度的变化，当浑浊点出现后，用NaOH溶液回碱至pH为7.08.0。最后加入剩余尿素，在65下保温30min，冷却后备用。3）氧化淀粉与脲醛树脂的交联：将已烘干并研细的氧化淀粉与UF胶液混合，进行树脂改性。混合过程要搅拌均匀，保证交联反应充分完成，同时，控制烧瓶内反应温度在5560 ，反应时间为3060min。最后冷却至40出料备用。4）测定改性脲醛树脂的性能指标：性能指标包括固体含量、粘度、游离甲醛含量、耐沸水性、胶合强度、储存期、固化时间。5.实验条件5.1设备普通口三口烧瓶、温度计、电动搅拌器、玻璃搅拌棒、冷凝管、电子控温水浴锅、移液管、烧杯、量筒、PH试纸、烘箱、涂氏杯。5.2 原料甲醛(工业品，含量37% )，尿素(工业品，含量96% )，氨水(工业品)，甲酸(工业品)，玉米淀粉、双氧水(工业品，含量36.5%)，NaOH(20%)6.实验中可能存在的问题及解决方法1)实验过程中反应温度及时间等条件的控制。由于不同的改性方法脲醛树脂合成的温度和时间有差异，为了防止反应太快导致交联缩聚过度，选择较低的反应温度较长的保温时间。2)氧化淀粉的氧化程度的测定，氧化淀粉的氧化程度影响其加入量。采用双双水氧化淀粉则可能得到高纯度的产品，过量的双氧水最终分解为水。由于实验条件的限制无法直接测定淀粉的氧化程度，所以根据情况加入稍过量双氧水并分批加入，保证加热反应时间足够长。3)缩聚阶段温度和酸度的控制不当胶固化导致实验的失败。胶的固化是缩聚过度引起的，所以加酸调节PH值时，应该慢慢加入，并随时测定PH值，此时反应温度尽量调低些，浑浊点出现后温度应调到更低，以便更好的控制胶的粘度和反应终点。实验之前先进行探索性预试验，确定各个参数。4)氧化淀粉加入量的确定，为了更好的反映氧化淀粉的加入量对胶性能改善的规律，加入氧化淀粉的量分别为10%、15%、20%、25%。7.参考文献1 蒋弘,刘永澎.胶粘剂制作100例M.北京:科学技术出版社,2000:1-3.2 薜东.低游离甲醛脲醛树脂的研制J.化学与粘合,2003(6):317-318.3 茹克亚.沙吾提.脲醛树脂改性氧化淀粉的研究J.喀什师范学院学报,2003,24(3):42-45.4 秦梅,姜力夫,郁章玉,等.环保型脲醛树脂胶的合成J.中国胶粘剂2003,12(4):27-28.5 张铭,王勇,刘洁等.脲醛树脂胶粘剂改性研究J.精细与专用化学品,2006,14(7):19-216 钱建中.氧化淀粉改性粉状脲醛树脂胶初探J.木材工业,2006,20(3):41-437 黄纾洁,钟锦标,吕建,等.改性低毒脲醛树脂的研究进展J.塑料工业,2006,34(增):78-80,8 来丙.氧化淀粉改性脲醛树脂胶的研制J.试验与研究，2001(6)：256-2589 丽丽,邱凤仙,杨冬亚,钟爱民.氧化淀粉改性脲醛树脂的研究J.化工时刊，2007，21(9)：14-1610程存归,孔黎春.高稳定氧化淀粉胶黏剂的研究J.中国胶黏剂, 2001, 10(4): 26-