一種低醚鍵含量脲醛樹(shù)脂木材膠黏劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種脲醛樹(shù)脂(UF)木材膠粘劑及制備方法，屬木材加工中人造板生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]脲醛樹(shù)脂是人造板生產(chǎn)最重要的膠粘劑，具有固化速度快和制造使用成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)，但存在耐水性差和甲醛釋放等缺陷。這些缺陷造成了脲醛樹(shù)脂應(yīng)用的局限性。
[0003]脲醛樹(shù)脂在使用過(guò)程中的甲醛釋放有三種主要途徑，即合成中未參與反應(yīng)的游離甲醛、未參與固化的羥甲基水解、亞甲基醚鍵水解或重排。目前，通過(guò)在反應(yīng)后期二次添加尿素可以捕捉大部分游離甲醛。對(duì)于解決后兩種途徑造成的甲醛釋放，現(xiàn)有的研究還十分有限。在脲醛樹(shù)脂中，亞甲基橋鍵和醚鍵是連接尿素的兩種化學(xué)結(jié)構(gòu)。其中醚鍵較容易水解，造成樹(shù)脂交聯(lián)結(jié)構(gòu)破壞。同時(shí)，醚鍵水解生成羥甲基或重排為亞甲基橋鍵都會(huì)進(jìn)一步釋放甲醛。因此，合成中應(yīng)盡量避免其生成?？傊?，降低樹(shù)脂中不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的含量是改進(jìn)傳統(tǒng)脲醛樹(shù)脂性能、開(kāi)發(fā)新型木材膠粘劑產(chǎn)品的有效途徑之一。
[0004]目前，脲醛樹(shù)脂的合成工藝主要為堿-酸-堿三段式合成工藝。該工藝在初始?jí)A性反應(yīng)階段的甲醛-尿素摩爾比(F/U) —般控制在2/1以上，在最后堿性反應(yīng)階段通過(guò)添加第二次尿素來(lái)降低最終摩爾比，同時(shí)實(shí)現(xiàn)降低游離甲醛含量的目的。由于經(jīng)典理論認(rèn)為，初始?jí)A性反應(yīng)階段主要發(fā)生羥甲基化反應(yīng)，而縮聚反應(yīng)通?？梢院雎?，或者認(rèn)為在工業(yè)生成過(guò)程中，這一階段的縮聚反應(yīng)沒(méi)有意義。因此，絕大部分研究專(zhuān)注于酸性反應(yīng)階段反應(yīng)條件變化以及最后堿性階段第二批尿素的加入方式、條件和摩爾比等對(duì)樹(shù)脂結(jié)構(gòu)和性能的影響。然而，有研究表明，堿性階段的反應(yīng)除羥甲基化外，還會(huì)生成含有亞甲基醚鍵的低分子量初聚物。通過(guò)13C NMR定量分析跟蹤發(fā)現(xiàn)，在堿性反應(yīng)階段生成的初聚物在酸性反應(yīng)階段會(huì)部分重排為亞甲基橋鍵，但大部分會(huì)殘留到樹(shù)脂的最終結(jié)構(gòu)中。這將導(dǎo)致樹(shù)脂最終結(jié)構(gòu)中醚鍵含量較高，影響樹(shù)脂性能。因此，合成過(guò)程中在初始?jí)A性反應(yīng)階段控制醚鍵含量是降低樹(shù)脂最終結(jié)構(gòu)中醚鍵含量的有效途徑。
[0005]傳統(tǒng)合成工藝中甲醛為一次性加入，這為反應(yīng)初期生成大量醚鍵提供了條件。因此改變甲醛加料方式，將甲醛分批加入，可以有效降低樹(shù)脂結(jié)構(gòu)中醚鍵的含量，優(yōu)化樹(shù)脂結(jié)構(gòu)，改善樹(shù)脂性能。
[0006]經(jīng)文獻(xiàn)檢索，未見(jiàn)與本發(fā)明相同的公開(kāi)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，而提供一種低醚鍵含量脲醛樹(shù)脂(UF)木材膠粘劑及制備方法。
[0008]本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。本方法所用的設(shè)備為常規(guī)設(shè)備。
[0009]本發(fā)明的脲醛樹(shù)脂木材膠粘劑，由尿素和甲醛反應(yīng)縮聚而成，樹(shù)脂最終結(jié)構(gòu)中，羥甲基含量為50~55%，亞甲基橋鍵含量為30~35%左右，亞甲基醚鍵含量為5%~10%。
[0010]本發(fā)明的脲醛樹(shù)脂木材膠粘劑，其制備方法如下:
a.反應(yīng)開(kāi)始階段加入第一次計(jì)量的甲醛，調(diào)節(jié)pH值至8.0~9.5之間；攪拌下加入第一次尿素，控制甲醛與尿素的摩爾比在1.6以下，將反應(yīng)物逐漸升溫到90~95°C ；
b.在90~95°C條件下保溫反應(yīng)40~90分鐘后，降溫至85~90°C，調(diào)節(jié)pH值至4.5-5.5之間，加入第二次甲醛，控制甲醛與尿素的摩爾比在1.8?2.3范圍，保溫反應(yīng)30分鐘后，調(diào)整PH值至4.8-5.8之間，然后升溫至90~95°C，保溫反應(yīng)30-90分鐘；
c.降溫至60~70°C，調(diào)節(jié)pH值至8.0-9.0之間，加入第二次尿素，控制甲醛與尿素的摩爾比在指定范圍內(nèi)，保溫反應(yīng)10~20分鐘后自然冷卻，得到脲醛樹(shù)脂木材膠粘劑。
[0011]本發(fā)明的脲醛樹(shù)脂木材膠粘劑具有醚鍵含量低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，用于人造板，特別是膠合板、刨花板、中密度纖維板等生產(chǎn)。
[0012]【具體實(shí)施方式】:
實(shí)施例1:
該膠粘劑由尿素和甲醛縮聚而成，其中:
a.反應(yīng)開(kāi)始階段加入第一次計(jì)量的甲醛，調(diào)節(jié)pH值至8.0~9.5之間；攪拌下加入第一次尿素，控制甲醛與尿素的摩爾比在1.6以下，將反應(yīng)物逐漸升溫到90~95°C ；
b.在90~95°C條件下保溫反應(yīng)40~90分鐘后，降溫至85~90°C，調(diào)節(jié)pH值至4.5-5.5之間，加入第二次甲酸，控制甲醛與尿素的摩爾比為1.80左右，保溫反應(yīng)30分鐘后，調(diào)整pH值至4.8-5.8之間，然后升溫至90~95°C，保溫反應(yīng)30~90分鐘；
c.降溫至60~70°C，調(diào)節(jié)pH值至8.0-9.0之間，加入第二次尿素，控制甲醛與尿素的摩爾比為1.05左右，保溫反應(yīng)10~20分鐘后自然冷卻，得到脲醛樹(shù)脂木材膠粘劑。
[0013]實(shí)施例2:
該膠粘劑由尿素和甲醛縮聚而成，其中:
a.反應(yīng)開(kāi)始階段加入第一次計(jì)量的甲醛，調(diào)節(jié)pH值至8.0-9.5之間；攪拌下加入第一次尿素，控制甲醛與尿素的摩爾比在1.6以下，將反應(yīng)物逐漸升溫到90~95°C ；
b.在90~95°C條件下保溫反應(yīng)40~90分鐘后，降溫至85~90°C，調(diào)節(jié)pH值至4.5-5.5之間，加入第二次甲醛，控制甲醛與尿素的摩爾比為2.00左右，保溫反應(yīng)30分鐘后，調(diào)整pH值至4.8-5.8之間，然后升溫至90~95°C，保溫反應(yīng)30-90分鐘；
c.降溫至60~70°C，調(diào)節(jié)pH值至8.0-9.0之間，加入第二次尿素，控制甲醛與尿素的摩爾比為1.10左右，保溫反應(yīng)10~20分鐘后自然冷卻，得到脲醛樹(shù)脂木材膠粘劑。
[0014]實(shí)施例3:
該膠粘劑由尿素和甲醛縮聚而成，其中:
a.反應(yīng)開(kāi)始階段加入第一次計(jì)量的甲醛，調(diào)節(jié)pH值至8.0~9.5之間；攪拌下加入第一次尿素，控制甲醛與尿素的摩爾比在1.6以下，將反應(yīng)物逐漸升溫到90~95°C ；
b.在90~95°C條件下保溫反應(yīng)40~90分鐘后，降溫至85~90°C，調(diào)節(jié)pH值至4.5-5.5之間，加入第二次甲醛，控制甲醛與尿素的摩爾比為2.10左右，保溫反應(yīng)30分鐘后，調(diào)整pH值至4.8-5.8之間，然后升溫至90~95°C，保溫反應(yīng)30~90分鐘；
c.降溫至60~70°C，調(diào)節(jié)pH值至8.0-9.0之間，加入第二次尿素，控制甲醛與尿素的摩爾比為1.15左右，保溫反應(yīng)10~20分鐘后自然冷卻，得到脲醛樹(shù)脂木材膠粘劑。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低醚鍵含量脲醛樹(shù)脂木材膠粘劑，由尿素(U)和甲醛(F)在特定條件下經(jīng)加成-縮聚反應(yīng)合成，其特征在于樹(shù)脂結(jié)構(gòu)中，羥甲基碳占醛碳總量的50~55%，亞甲基橋鍵碳占醛碳總量的30~35%，亞甲基醚鍵碳占醛碳總量的5%~10%，其中，亞甲基醚鍵碳含量較同等條件下傳統(tǒng)脲醛樹(shù)脂中亞甲基醚鍵碳含量低10%以上。2.權(quán)利要求1所述木材膠粘劑的制備方法，其特征在于甲醛分兩次加入，制備方法如下: a.反應(yīng)開(kāi)始階段加入第一次計(jì)量的甲醛，調(diào)節(jié)pH值至8.0-9.5之間；攪拌下加入第一次尿素，控制甲醛與尿素的摩爾比在1.6以下，將反應(yīng)物逐漸升溫到90~95°C ； b.在90~95°C條件下保溫反應(yīng)40~90分鐘后，降溫至85~90°C，調(diào)節(jié)pH值至4.5-5.5之間，加入第二次甲醛，控制甲醛與尿素的摩爾比在1.8?2.3范圍，保溫反應(yīng)30分鐘后，調(diào)整PH值至4.8-5.8之間，然后升溫至90~95°C，保溫反應(yīng)30-90分鐘； c.降溫至60~70°C，調(diào)節(jié)pH值至8.0-9.0之間，加入第二次尿素，控制甲醛與尿素的摩爾比在指定范圍內(nèi)，保溫反應(yīng)10~20分鐘后自然冷卻，得到脲醛樹(shù)脂木材膠粘劑。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種低醚鍵含量脲醛樹(shù)脂（UF）木材膠粘劑及制備方法，屬木材加工生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。該膠粘劑由尿素（U）和甲醛（F）在特定條件下經(jīng)加成-縮聚反應(yīng)合成,其主要特征在于脲醛樹(shù)脂結(jié)構(gòu)中醚鍵含量較傳統(tǒng)脲醛樹(shù)脂顯著降低,亞甲基醚鍵含量占醛碳總量的5~10%或更低。制備方法的主要特征在于甲醛分兩次加入。其中：第一次尿素與第一次甲醛于反應(yīng)初期加入，甲醛與尿素的摩爾比（F/U）控制在1.6以下；第二次甲醛于反應(yīng)中期加入,同時(shí),反應(yīng)一段時(shí)間后加入第二次尿素。本發(fā)明的脲醛樹(shù)脂木材膠粘劑具有醚鍵含量低、耐水性好、固化速度快等優(yōu)點(diǎn)，用于人造板，特別是膠合板、刨花板、中密度纖維板、細(xì)木工板等生產(chǎn)，可有效控制產(chǎn)品使用過(guò)程中的甲醛釋放。
【IPC分類(lèi)】C08G12/12, C09J161/24
【公開(kāi)號(hào)】CN105646808
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】李濤洪, 杜官本, 郭曉申, 梁堅(jiān)坤, 雷洪
【申請(qǐng)人】西南林業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2014年11月13日