脲醛树脂合成工艺的研究

脲醛树脂合成工艺的研究

为了降低醇酸酐中的甲醛释放，许多制造公司采用低毒（低摩尔比）醇酸。但生产中存在预压性差问题,使分次涂胶工艺难以实现。本研究不单纯从降低甲醛和尿素的摩尔比来降低脲醛树脂中的游离甲醛含量,而且在使甲醛和尿素的摩尔比降至基本不影响脲醛树脂性能的前提下,通过在脲醛树脂合成过程中经过适当脱水、加入三聚氰胺、在调胶时加入大量面粉作为填充剂来减少脲醛树脂的实际使用量的方法,来最终降低胶合板的甲醛释放量。1试验材料和方法1.1甲醛释放量检测材料:甲醛(37%)、尿素(98%)、纳米SiO2(平均粒径20nm,比表面积440m2/g)、三聚氰胺、聚乙烯醇、氢氧化钠、甲酸、过硫酸铵、API、面粉、单板(杨木、椴木、柳安,含水率在8%～12%)、甲醛释放量检测用试剂等。试验仪器设备:BY302×2/15型计算机程控试验热压机、CMT5105型计算机程控木质材料力学试验机、JJ-1型大功率数显电动搅拌器、SY-8200T型超声波发生器、721S数显分光光度计、胶合板甲醛采集测定装置等。1.2工艺的合成将计量好的甲醛加入反应釜,调反应液pH值至7.5～7.8。加入一次尿素、三聚氰胺、聚乙烯醇,在50～60min内升温至90℃,保温30min;调反应液pH值至4.9,保温30min;调反应液pH值至4.5,反应10min后连续测黏度;当黏度达到规定值后,调反应液pH值至6.5,降温至80℃,加入二次尿素,在75℃反应30min;调反应液pH值至8.0加入三次尿素(使甲醛与尿素的摩尔比为1.23),在70℃条件下真空脱水至反应液的密度为1.26g/cm3。加入三聚氰胺,反应30min,降温至35℃以下放料。经上述工艺合成的脲醛树脂主要性能指标:固体含量65%～68%;黏度40～60s(20℃,涂-4);游离甲醛含量0.1%～0.25%;pH值7.3～7.8;水混合性2～6倍;适用期>3h(复合固化剂);贮存期60d。1.3制造胶件1.3.1工艺调胶及水调胶脲醛树脂胶的调制是本研究的关键。因为所合成的脲醛树脂自身游离甲醛含量偏高,在调胶过程中如只加入少量的填充剂,生产出的胶合板无法达到E1级要求。在调胶时加入尽可能多的面粉填充剂和水(当面粉填加量超过15%时,树脂黏度变大,流动性变差,不利于涂胶,应加入适量的水,使树脂黏度适当),在涂胶量不变的前提下,使生产胶合板所用脲醛树脂的实际使用量减少,以此达到降低甲醛释放量的目的。为保证胶合强度和进一步降低甲醛释放量,可以适当加入一定量的纳米SiO2、API胶粘剂作为改性剂,同时加入0.5%～0.8%的复合固化剂。1.3.2预压成型热压温度试验选用含水率在8%～12%的杨木、椴木和柳桉单板,压制3层胶合板,涂胶量为300～320g/m2;在常温下预压成型,预压压力1MPa,时间30～60min;热压压力0.8～1.0MPa,热压温度105～120℃,热压时间50～60s/mm板厚。在自然条件下放置48h后进行各项物理力学性能的检测。2结果与讨论2.1影响粘合剂胶合强度的影响2.1.1水加入量对胶接反应的影响由试验结果可以看出,面粉加入量较少时,胶粘剂的胶合性能有一定改善。这是因为面粉有效地提高了胶粘剂的固体含量和初粘性,改善了胶接工艺性能,减少透胶及分层鼓泡现象的发生。随着面粉填充量的加大,为保证胶液的黏度适宜涂胶,在调胶过程中加入了一定量的水,水的加入量随面粉填充量的增大而增加。此时胶液中的有效成分减少,从而降低了胶合板的胶接强度。由表1可知,当面粉填充量超过50%时,胶合板的胶合强度已不能满足国家标准的要求(GB/T9846.3—2004)。2.1.2纳米sio树脂胶胶合强度的提高纳米SiO2的加入,使脲醛树脂胶的胶合性能有了显著改善,这是由纳米粒子的结构和特性决定的。纳米SiO2的表面能高,能与脲醛树脂中的羟基、氨基等产生交联,提高分子的内聚力和交联程度,缩短聚合时间。同时,纳米SiO2还会与木材中的羟基结合,形成牢固的Si—O—C键,从而使脲醛树脂胶的胶合性能得到提高。试验结果表明(表2),当面粉填充量为60%时,加入1%的纳米SiO2,即可使胶合强度满足要求。当面粉填充量为70%时,因胶液中的有效成分减少,加入2%的纳米SiO2,胶合强度亦不能满足要求。2.1.3复合胶合生产人工金属犯罪剂API胶粘剂具有良好的胶接性能和耐水性能,预压性能好;同时API胶粘剂中的异氰酸酯能与脲醛树脂胶中的其它成分产生有效的交联,形成更稳定的结构,进而提高胶合板的胶合强度。用其生产胶合板既可以在常温下胶合,也可以加热胶合,加热胶合生产胶合板的生产工艺与脲醛树脂相当。试验结果(表2)表明,API胶粘剂的加入,有效地改善了脲醛树脂胶粘剂的胶合性能,提高了板坯的预压性能和胶合板的胶合强度,当面粉填充量为80%时,加入20%的API胶粘剂,可使胶合强度满足要求。2.2影响胶合板释放二胺的影响2.2.1纳米sio用量对甲醛释放量的影响随着面粉填充量的加大,调胶后胶液中的脲醛树脂量减少,在涂胶量不变时,实际脲醛树脂用量减少,使甲醛释放量降低。当面粉填充量为50%时,甲醛释放量达到E1级标准要求。纳米SiO2的表面能高,具有较高的反应活性,对游离甲醛有一定的吸附作用。但当面粉填充量增大时,调胶后胶液中的游离甲醛数量变少,导致纳米SiO2对游离甲醛的吸附作用不明显。2.2.2异氰酸酯的保鲜作用API胶粘剂对胶合板甲醛释放量的作用包括:一方面API胶粘剂加入后,相当于减少了脲醛树脂胶的用量,故使游离甲醛的释放量降低;另一方面,异氰酸酯本身的活性极强,能与木材中的含羟基化合物和含羧基化合物反应,交联树脂上游离出来一部分甲基团,从而抑制了木材中高分子化合物水解释放出的醋酸等有机酸、甲醛等,减少了游离甲醛的潜伏量;此外,异氰酸酯可起到甲醛捕捉剂的作用,能够捕捉脲醛树脂胶内残留的一部分甲醛。试验表明,随着API胶粘剂加入量的增加,胶合板中甲醛释放量逐渐降低。3温和社会酸在造林时,其方法在于其添加api粘合剂的必要性,3.1在脲醛树脂合成时,使甲醛和尿素的摩尔比降至1.23,通过在脲醛树脂合成过程中经过适当脱水、加入三聚氰胺,在调胶时加入50%～80%的面粉作为填充剂来减少脲醛树脂的实际使用量的方法,可以使3层胶合板的甲醛释放量达到E1级;当单板涂胶量小于300g/m2时,5层胶合板的甲醛释放量可以达到E1级;当面粉填充量超过60%,API胶粘剂加入量不小于20%,单板涂胶量小于300g/m2时,7、9层胶合板的甲醛释放量可以达