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三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂的性能研究 |
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| 三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂的性能研究 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2009-5-29 23:03:44  |
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林武滔，施宣池，苏志忠(三明学院化学与生物工程系，福建三明365004)作者简介:林武滔(1967一)，男，福建清流人，高级实验师.研究方向:实验研究、实验室管理.
摘 要 : 探讨了反应温度、州值、甲醛尿紊摩尔比、PVA的用1、三来氛胺的用童等对脲醛树脂胶液的拈度、稳定性、耐水性、胶合质童的影响.结果表明:控制反应A度801C ,PVA用1为尿素与甲醛溶液总质童的1%,pH值为5.0，甲醛与尿素摩尔比为1.6，三菜氛映用圣为10%时合成的胶拈荆游离甲醛含全为0.052%,衬沸水时间为163min，胶粘剂德定性好.
关键词 : 脲醛树脂胶粘剂 三聚氰胺 PVA 改性
由于脲醛树脂耐光性好，毒性小，胶粘剂固化后透明性高，胶缝无颜色，无污染，工艺性能好，成本低廉，并具有优良的胶接性能和较好的耐湿性，在木材
胶接领域中的使用量不断增加.现在仍是木材工业使用量最大的合成树脂胶粘剂[1]，是生产人造板的主要胶种，它既可用于胶接木材和非木质材料，又可用于浸渍纸张做人造板表面的装饰材料.而传统工业生产的脉醛树脂胶，与酚醛树脂及三聚氛胺树脂比较，其耐水性差，树脂固化后收缩率过大，尤其是游离醛的含量较高，用其加工的木材制品，在作为室内装修材料时，由于甲醛逐渐释放，对人体构成危害，因此研究脲醛树脂胶粘剂合成新工艺，生产具有耐水性，高强度、高性能，低游离醛的脲醛树脂[2-4]，对于木材加工业有着十分重要的意义.
三聚氛胺改性的脲醛树脂，把结构稳定的三嗓环引人树脂分子中，使固化后的树脂耐水性得到提高，降解或水解速度降低，但贮存稳定性较差，一般把甲醛分多次加人，再用甲醇或乙醇进行醚化，适当降低树脂的活性.即可提高其贮存稳定性[5].本研究探索了三聚氛胺改性脲醛树脂胶粘剂的性能及影响因素.
1 试验部分
1.1 仪器试剂
尿素，工业品，三明化工有限公司;甲醛，分析纯，广东汕头市西陇化工厂;三聚氛胺，工业品，三明化工有限公司;聚乙烯醇，工业品，西安化学试剂厂;氢氧化钠，分析纯，齐齐哈尔点化厂;盐酸，分析纯，兰溪中星化工试剂有限公司;甲酸，分析纯，上海试剂一厂;涂一4粘度计，压板机.
1.2 材料
贴面材料:水曲柳、柞木、桦木刨切单板，厚度为0. 5mm和0. 8mm，含水率20%一25%，幅面250mm x 250mm.基材:采用PF树脂胶合板的桦木七层胶合板，厚度为7一lOmm.
1.3 服醛胶粘剂的合成
将一定量的甲醛溶液与一定量的PVA溶液加人到三口烧瓶中，在水浴中升温至45℃反应15分钟，用盐酸调节pH值，加人尿素总量的75%，搅拌升温反应60分钟后，加人其余的尿素，保持温度继续反应20分钟，用氢氧化钠调节声值为9.0一9.5，待粘度达到35秒时，停止加热，冷却，得到半透明或乳白色脉醛树脂胶粘剂.
1.4 性能测试
1.4.1游离甲醛含量测试准确称取lg试样，精确到0.0001g，用蒸馏水冲洗至三角烧瓶中，然后加入20ml0 .lm ol/L盐酸溶液，再加人25m1新配制的15%无水硫代硫酸钠，加人196酚酞指示剂2滴，以0.1mo1几氢氧化钠标准溶液滴定到淡蓝色为止，结果计算:F=( V2-Vl)x0 .03 004Nx 100%/g.
1.4.2固体含量测试在预先干燥恒重的瓷皿中，
用分析天平称取1一1.2g试样(准确至0.001g).将瓷皿放人恒温(120'C)的真空烘箱中，进行干燥.2h后取出放于干燥箱内，冷却20min，称重.全部称量精确至0.OOlg.平行测定三次.取平均值.结果计算:x二G1x100%/G.
1.4.3粘度测试涂一4杯法:将涂一4杯安置在水平位置上，涂一4杯下面放置l00ml量杯，将胶粘剂试样加热到25士0.5℃时，用左手中指堵住涂一4杯漏嘴孔，迅速将试样倒人涂一4杯，用玻璃棒将气泡和多余的试样刮人槽内，使杯内的液面与杯边缘齐平.放开按紧的左手中指，使胶粘剂流出，同时开动秒表，记录胶粘剂从涂一4杯漏嘴孔流出其流丝中断的时间(s)
1.4.4耐水性测试将已经压好的样品木版，放人煮沸水中，观察其开裂时间.
2 结果与讨论
2.1 反应温度对胶粘剂性能的影响
在pH值为5.0，甲醛与尿素摩尔比为1.6,PVA用量为尿素与甲醛溶液总质量的1.0%，三聚氰胺用量为尿素与甲醛溶液总质量的10%的条件，观察反应温度胶粘剂性能的影响，结果见表1.
从表1可见，随着反应温度的上升，使胶粘剂的固体含量有一定的提高〔“一二气且随反应温度的上升，游离醛的含量稍有下降，这可能是甲醛挥发的原因，温度增加反应速率明显加快，考虑到生产效率与操作，温度为80℃较好.其原因为尿素与甲醛的反应分为两个阶段，首先是尿素与甲醛加成经甲脉的反应，然后经甲脉之间缩合形成脉醛树脂，第二步反应速度与温度有很大的关系，温度每增加10'C，反应速度增加1倍，在缩聚反应过程中，当其它反应条件相同的情况下，反应温度与缩聚反应速度基本呈直线关系，提高反应液的温度，增加了原料分子间彼此接触碰撞的机会，从而加速了分子间的缩聚反应速度[3-61.当温度升高时，反应速度加快，生成的脉醛树脂胶联程度大，从而影响到ly'I醛树脂的性能.
2.2 pH值对胶粘剂性能的影响
将反应温度控制在80'C，甲醛与尿素摩尔比为1.6,PVA用量为尿素与甲醛溶液总质量的1.0%,三聚氰胺用量为尿素与甲醛溶液总质量的10%，观察pH值对胶粘剂性能的影响，结果见表2.
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从表2可见，pH值对胶粘剂的固体含量有一定的影响，而对游离甲醛含量几乎无影响，但是pH值结果过低，反应容易出现凝胶固体，从我们的试验结果来看，选pH= 5.0较为合适.其原因为经甲脉缩聚生成脉醛树脂的反应一般是在酸性条件下进行，体系的pH值越低，其反应速度越快，缩聚反应得到的聚合物胶粘强度越大.
2.3 甲醛与尿素摩尔比对胶粘剂性能的影响
将反应温度控制在80V ,PVA用量为尿素与甲醛溶液总质量的1.0%，三聚氰胺用量为10%,pH值为5.0的情况下，观察甲醛与尿素摩尔比对游离甲醛含量的影响，结果见表3.
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从表3可知，随着甲醛比例的增大，游离甲醛的含量增高，在甲醛比例较小时，胶粘剂的贮存稳定性较差，甲醛与尿素摩尔比达到1.6时，胶粘剂综合性能较好.可见，轻甲基含量越高的胶粘剂对木材的胶接性能就越好，但同时释放出的游离甲醛也越多，树脂中经甲基的含量与尿素和甲醛的摩尔比有关.在固化后的树脂中，仍然残存少量亲水基团(经甲基及氨基)，其含量决定了胶粘剂的耐水性.当尿素与甲醛的摩尔比(F/LJ)增大时，游离经甲基含量增加，树脂的耐水性降低.
2.4 PVA用量对胶粘剂性能的影响
在反应温度801C，三聚氰胺用量为尿素与甲醛溶液总质量的10% ,pH值为5.0的情况下，甲醛与尿素摩尔比为1.6时，观察PVA用量对胶粘剂性能的影响，结果见表4.
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从表4可以看出，聚醋酸乙烯醇PVA对降低游离醛的含量有很大的帮助，且可提高胶粘剂的强度与贮存稳定性，从成本与胶粘剂性能综合考虑，PVA用量为尿素与甲醛溶液总质量的1%效果较好.其原因为PVA在酸性条件下可以与甲醛反应得
到聚乙烯醇缩醛，没有缩醛的聚乙烯醇一方面成为甲醛的捕捉剂使胶粘剂中的游离甲醛含量下降，另一方面，聚乙烯醇与聚乙烯醇缩甲醛本身具有胶粘性能，使胶具有良好的初粘性.
2.5三聚氰胺的用量对树脂性能的影响
在反应温度80`C, PV A用量为尿素与甲醛溶液总质量的1.0%,pH值为5.0，甲醛与尿素摩尔比为1.6条件下，观察三聚氰胺用量对胶粘剂性能的影响，结果见表5.
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从表 5数 据看，随三聚氰胺加人量的增大，游离甲醛的含量下降，胶粘剂的耐水性和贮存稳定性提高这是由于三聚氰胺的加人一方面使树脂中游离的经甲基量减少，提高了胶粘剂的耐水性和贮存稳定性，另一方面作为甲醛捕捉剂，降低了胶粘剂中的甲醛含量.考虑成本，三聚氰胺加人量以10%为好.
3 结论
1) PV A 的加人可以降低胶粘剂中的游离醛含量，提高其贮存稳定性.其加人量为1%时，游离醛含量由0.210%至0.063%,贮存24h粘度变化由24s下降到3s.
2) 三 聚 氰胺的加人使胶粘剂的耐水性能有较大的提高，游离醛含量也有所下降，当加人量为10%时，耐沸水时I司由25min提高到163min，游离醛含量由0.121%下降到0.049 ;
3) 在 控 制反应温度80-C,PV A用量为尿素与甲醛溶液总质量的1%,PH值为5.0，甲醛与尿素摩尔比为1.6，三聚氰胺用量为10%时合成的胶粘剂综合性能较好.
参考文献
[1]张在新，余永涵，杜梦麟.中国胶粘剂工业的发展【J].中国胶粘剂，1999,7(1):40 -42.
[2]陶绪泉，崔慧，张立云.脉醛树脂胶粘剂研究进展〔1〕粘接，1998,19(5):19一23.
[3]王惠忠，斐梅山，吕金环.脉醛树脂改性的研究〔J].中国胶粘剂,1996,4(6):33 -34.
[4]孙振，吴书私，脉醛树脂的结构与形态一脉醛树脂胶体理论及其进展〔J].林业科学，1993,290): 49-52
[5]黄军，王子国.用于生产I类防水MUF911型树脂[J]林产工业，1992(5):38- 39.
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