CN100384899C - 脲醛树脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种人造板用脲醛树脂及其制备方法，该方法采用低摩尔比的甲醛和尿素为原料，尿素分四批加入甲醛中，其中在加入第一批尿素之前，在50±5℃下使甲醛活化15-25分钟，在加入第四批尿素后，加入氨水进行后处理，使得制备的脲醛树脂不但甲醛含量低而且表现很高的胶接强度，此外，本发明方法中不添加任何改性剂、不脱水，因此制造工艺简单、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种脲醛树脂及其制备方法，尤其涉及一种人造板用脲醛树脂及其制备方法。
背景技术
随着人民生活水平的不断提高，装饰装修、购置新家具已成为人们生活中平常的事情。装饰装修和家具制造中往往大量使用各类人造板，如胶合板、细木工板、中密度纤维板、刨花板等，而这些人造板大都是使用甲醛系胶粘剂，主要是脲醛树脂胶粘剂普遍存在着甲醛释放问题，常常成为造成室内空气中甲醛污染的罪魁祸首。
甲醛为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。甲醛对眼、粘膜和呼吸道有刺激作用，会引起慢性呼吸道疾病、过敏性鼻炎、免疫功能下降等，导致睡眠不安；甲醛被认为是潜在的致癌物质，可能是鼻癌、咽喉癌、皮肤癌的诱因。因此，消除甲醛污染，净化室内空气越来越引起人们的重视。
目前，降低人造板甲醛释放量的方法主要有：1)采用低摩尔比改性脲醛树脂胶粘剂；2)采用其他环保型胶粘剂；3)在人造板用脲醛树脂胶粘剂中加入甲醛捕捉剂；4)对人造板进行后处理。
但是，这些技术方法都存在着这样或那样的缺陷。如，1)采用低摩尔比改性脲醛树脂胶粘剂虽然能够有效降低人造板产品的甲醛释放量，但是产品的胶合强度也往往降低，不能满足要求；而且胶粘剂固化时间延长，生产效率降低；2)采用其他环保型胶粘剂，如异氰酸酯类胶粘剂，人造板的生产成本往往大幅度增加，企业和用户都难以接受；3)在人造板用脲醛树脂胶粘剂中加入甲醛捕捉剂，虽然能够有效降低人造板游离甲醛释放量，但是往往同时降低人造板的胶合强度；另外，一般甲醛捕捉剂的价格往往远远高于脲醛树脂胶粘剂，其加入提高了产品成本，降低了产品的竞争力；4)对人造板进行后处理，如公开号为CN1526528A的发明专利申请中公开了一种E1/EO级环保型人造板的制造工艺采用氨气真空法，公开号为CN2394770Y的实用新型专利中公开了一种降低人造板甲醛释放量的处理装置，这些措施虽然能够有效降低人造板游离甲醛释放量，但是后处理设备往往投资较大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种人造板用脲醛树脂及其制备方法，该方法采用低摩尔比的甲醛和尿素为原料，通过甲醛活化和氨水的后处理，使得制备的脲醛树脂不但甲醛含量低、胶合强度高，而且成本低。
为实现上述目的，本发明脲醛树脂采用以下步骤制备：
1)将甲醛加入反应釜后，用酸调pH值为3-4；
2)在50±5℃下，使甲醛活化15-25分钟，然后加入第一批尿素，使尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.9-2.2，在50±5℃维持反应20-30分钟；
3)用碱液调pH至7.2-7.8，加入第二批尿素，使尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.4-1.6；
4)在30-40分钟内升温至90±5℃，反应40-60分钟；
5)用酸液调pH值至4-6，继续反应至粘度：25℃，涂-4杯22-26秒；
6)用碱液调pH值至7.0-7.5，加入第三批尿素，使尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.2-1.4，在90±5℃下反应20-30分钟；
7)降温到70±5℃，加入第四批尿素，使尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.0-1.1，反应30分钟；
8)加氨水，在60℃保温20-30分钟，然后降温到40℃以下，出料。
其中，甲醛的浓度为37％；步骤1)和5)中使用的酸选自硫酸、盐酸、磷酸、甲酸、乙酸中的一种或多种；步骤3)和6)中使用的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、三乙醇胺中的一种或多种；氨水的浓度为25％，氨水的用量为尿素总重量的5-7％，优选为6％。
本发明方法的优点：
1本发明方法中采用了通过甲醛的活化以及最后氨水处理的步骤，由于甲醛在酸性条件下活化变成+C2OH，提高了与氨基反应的活性；最后氨水的处理，使得大部分游离甲醛反应生成了六次甲基四胺，因此，通过本发明合成的脲醛树脂具有较低的甲醛含量，检测结果明合成的脲醛树脂的游离甲醛含量在0.1％以下；
2在原料甲醛与尿素摩尔比为1.0-1.1的情况下，生产的脲醛树脂胶表现很高的胶接强度，能够使胶接的人造板产品的胶合强度达到国家标准；
3本发明方法中不添加任何改性剂、不脱水，因此制造工艺简单，成本低。
具体实施方式
实施例一
原料配方：
原料 摩尔比 含量(％) 重量份 备注
甲醛 1.08 37 146.1
尿素 1 100 100 U1＝51.4份
U2＝16.1份
U3＝10.0份
U4＝22.5份
氨水 25 6
甲酸 30 适量 调节PH值
氢氧化钠 30 适量 调节PH值
按尿素与甲醛摩尔比为1∶1.08备料，反应步骤包括：
1)将37％工业甲醛146.1重量份加入反应釜，用甲酸调pH值为3.2-3.4；
2)加热到50℃，使甲醛活化20分钟，然后加入第一批尿素51.4重量份，在50℃反应20分钟；
3)用氢氧化钠调pH值至7.2-7.8，加入第二批尿素16.1重量份；
4)在20分钟内升温至90℃，保温60分钟；
5)用甲酸调pH值至4.2-4.8，反应至粘度：25℃，涂-4杯22-26秒；
6)用氢氧化钠调pH值至7.0-7.5，加入第三批尿素10.0重量份，90℃反应20分钟；
7)降温到70℃，加第四批剩余量的尿素22.5重量份，反应30分钟；
8)加浓度为25％的工业氨水6重量份，在60℃下保温20分钟，降温到40℃以下，出料。
树脂质量指标：
固体含量 56-62％
pH值 8.0-8.5
粘度(20℃) 150-300mPa·s
固化速度 70-90秒
游离甲醛含量 ＜0.1％
适用期 ＞4小时
贮存期 30-60天
比较例一
原料配方：
原料 摩尔比 含量 重量份 备注
％
甲醛 1.08 37 146.1
尿素 1 100 100 U1＝51.4份
U2＝16.1份
U3＝32.5份
甲酸 30 适量 调节PH值
氢氧化 30 适量 调节PH值
钠
按尿素与甲醛摩尔比为1∶1.08备料，反应步骤如下：
1)将37％工业甲醛146.1重量份加入反应釜，用氢氧化钠调pH＝7.2-7.8；
2)加入第一批尿素51.4重量份；
3)在35分钟内升温至90℃，保温60分钟；
4)用甲酸调pH值至4.2-4.8，反应至粘度：25℃，涂-4杯22-26秒；
5)用氢氧化钠调pH值至7.0-7.5，加入第二批尿素16.1重量份，在90℃反应20分钟；
6)降温到70℃，加第三批剩余量的尿素32.5重量份，反应30分钟；
7)降温到40℃，出料。
树脂质量指标：
固体含量 56-62％
pH值 7.0-7.5
粘度(20℃) 150-300mPa·s
固化速度 80-100秒
游离甲醛含量 ＜0.2％
适用期 ＞4小时
贮存期 15-30天
实验例一
分别采用通过实施例一方法和比较例一方法生产的脲醛树脂制备三合板和五合板。其中，制备三合板和五合板所采用的工艺为：调胶时，在脲醛树脂中加入脲醛树脂重量10％的面粉、0.5％的氯化铵；单板为10年生杨木单板；热压工艺为：压力1.0-1.5MPa，温度：100-115℃；时间：40s/mm。
利用本发明实施例一的低甲醛含量高性能脲醛树脂胶粘剂及比较例一的脲醛树脂胶粘剂制造的胶合板的检测结果如表1所示。其中，用干燥器法测定甲醛释放量，按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》的规定测定胶合强度。
表1
实施例二
原料配方：
原料 摩尔比 含量(％) 重量份 备注
甲醛 1.008 37 136.2
尿素 1 100 U1＝50.1份
U2＝12.9份
U3＝9.0份
U4＝28.0份
氨水 25 5
甲酸 30 适量 调节PH值
氢氧化钠 30 适量 调节PH值
具体反应步骤包括：
1)将37％工业甲醛136.2重量份加入反应釜，用甲酸调pH值为3.5-4.0；
2)加热到50℃，使甲醛活化20分钟，然后加入第一批尿素50.1重量份，在50℃反应20分钟；
3)用氢氧化钠调pH值至7.2-7.8，加入第二批尿素12.9重量份；
4)在22分钟内升温至90℃，保温60分钟；
5)用甲酸调pH值至5.2-5.8，反应至粘度：25℃，涂-4杯22-26秒；
6)用氢氧化钠调pH值至7.0-7.5，加入第三批尿素9.0重量份，在90℃下反应20分钟；
7)降温到70℃，加第四批剩余量的尿素28.0重量份，反应30分钟；
8)加浓度为25％的工业氨水5重量份，60℃保温20分钟，降温到40℃以下，出料。
树脂质量指标：
固体含量 58-63％
pH值 8.0-8.5
粘度(20℃) 150-300mPa·s
固化速度 80-100秒
游离甲醛含量 ＜0.05％
适用期 ＞4小时
贮存期 30-60天
比较例二
原料配比：
原料 摩尔比 含量 重量份 备注
％
甲醛 1.008 37 136.2
尿素 1 100 U1＝50.1份
U2＝12.9份
U3＝37份
甲酸 30 适量 调节PH值
氢氧化钠 30 适量 调节PH值
具体反应步骤包括：
1)将37％工业甲醛136.2重量份加入反应釜，用氢氧化钠调pH＝7.2-7.8；
2)加入第一批尿素50.1重量份；
3)在35分钟内升温至90℃，保温60分钟；
4)用甲酸调pH值至4.2-4.8，反应至粘度：25℃，涂-4杯22-26秒；
5)用氢氧化钠调pH值至7.0-7.5，加入第二批尿素12.9重量份，90℃反应20分钟；
6)降温到70℃，加第三批剩余量尿素37重量份，反应30分钟；
7)降温到40℃以下，出料。
树脂质量指标：
固体含量 58-63％
pH值 7.0-7.5
粘度(20℃) 150-300mPa·s
固化速度 120-150秒
游离甲醛含量 ＜0.15％
适用期 ＞4小时
贮存期 15-30天
实验例二
分别采用实施例二方法和比较例二方法生产的脲醛树脂制备三合板和五合板，制备三合板和五合板的工艺过程和条件与实验例一相同。
各胶合板的甲醛释放量与胶合强度的检测结果见表2。其中，用干燥器法测定甲醛释放量，按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》的规定测定胶合强度。
表2
由此表1和表2可见，比较例1的胶合强度虽然较高，分别为三合板0.81MPa、五合板0.83MPa，但是其甲醛释放量也较高，分别为三合板2.3mg/L、五合板2.6mg/L；而比较例2虽然甲醛释放量降低了，分别为三合板1.34mg/L、五合板1.72mg/L，但是同时其胶合强度也明显降低，仅为三合板0.32MPa、五合板0.38MPa，远远低于国家标准(0.7MPa)。
与此相反，利用本发明方法制备的脲醛树脂胶粘剂胶接的胶合板产品不但甲醛释放量很低，均可以满足国家E1级(不大于1.5mg/L)标准，甚至可以达到或接近欧洲E0级(不大于0.5mg/L)的要求，而且产品仍然保持了较高的胶合强度，达到国家标准(0.7MPa)以上。
Claims (10)
1.一种脲醛树脂，其特征在于按照以下步骤(a)至(h)顺序制成：
(a)将甲醛加入反应釜后，用酸调pH值为3-4；
(b)在50±5℃下，使甲醛活化15-25分钟，然后加入第一批尿素，使尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.9-2.2，在50±5℃维持反应20-30分钟；
(c)用碱液调pH至7.2-7.8，加入第二批尿素，使第一和第二批尿素之和与甲醛的摩尔比为1∶1.4-1.6；
(d)在30-40分钟内升温至90±5℃，反应40-60分钟；
(e)用酸液调pH值至4-6，继续反应至粘度：25℃，涂-4杯22-26秒；
(f)用碱液调pH值至7.0-7.5，加入第三批尿素，使第一至第三批尿素之和与甲醛的摩尔比为1∶1.2-1.4，在90±5℃下反应20-30分钟；
(g)降温到70±5℃，加入第四批尿素，使第一至第四批尿素之和与甲醛的摩尔比为1∶1.0-1.1，反应30分钟；
(h)加氨水，在60℃保温20-30分钟，然后降温到40℃以下，出料。
2.如权利要求1所述的脲醛树脂，其特征在于：在所述步骤(b)中，在50℃下，使甲醛活化20分钟。
3.如权利要求1所述的脲醛树脂，其特征在于所述氨水的浓度为25％，氨水的用量为尿素总重量的5-7％。
4.如权利要求1至3任一所述的脲醛树脂，其特征在于所述步骤a)和e)中的酸选自硫酸、盐酸、磷酸、甲酸中的一种或多种，所述步骤c)和f)中的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、三乙醇胺中的一种或多种。
5.根据权利要求1至3任一所述的脲醛树脂，其特征在于：
在所述步骤(b)中，使所述尿素与所述甲醛的摩尔比为1∶2.01，
在所述步骤(c)中，使所述尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.6；
在所述步骤(f)中，使所述尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.4；
在所述步骤(g)中，使所述尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.08。
6.一种脲醛树脂的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤(a)至(h)顺序进行：
(a)将甲醛加入反应釜后，用酸调pH值为3-4；
(b)在50±5℃下，使甲醛活化15-25分钟，然后加入第一批尿素，使尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.9-2.2，在50±5℃维持反应20-30分钟；
(c)用碱液调pH至7.2-7.8，加入第二批尿素，使第一和第二批尿素之和与甲醛的摩尔比为1∶1.4-1.6；
(d)在30-40分钟内升温至90±5℃，反应40-60分钟；
(e)用酸液调pH值至4-6，继续反应至粘度：25℃，涂-4杯22-26秒；
(f)用碱液调pH值至7.0-7.5，加入第三批尿素，使第一至第三批尿素之和与甲醛的摩尔比为1∶1.2-1.4，在90±5℃下反应20-30分钟；
(g)降温到70±5℃，加入第四批尿素，使第一至第四批尿素之和与甲醛的摩尔比为1∶1.0-1.1，反应30分钟；
(h)加氨水，在60℃保温20-30分钟，然后降温到40℃以下，出料。
7.如权利要求6所述的脲醛树脂的制备方法，其特征在于：在所述步骤(b)中，在50℃下，使甲醛活化20分钟。
8.如权利要求6所述的脲醛树脂的制备方法，其特征在于所述氨水的浓度为25％，氨水的用量为尿素总重量的5-7％。
9.如权利要求6至8任一所述的脲醛树脂的制备方法，其特征在于所述步骤a)和e)中的酸选自硫酸、盐酸、磷酸、甲酸中的一种或多种，所述步骤c)和f)中的碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、三乙醇胺中的一种或多种。
10.根据权利要求6至8任一所述的脲醛树脂的制备方法，其特征在于：
在所述步骤(b)中，使所述尿素与所述甲醛的摩尔比为1∶2.01，
在所述步骤(c)中，使所述尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.6；
在所述步骤(f)中，使所述尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.4；
在所述步骤(g)中，使所述尿素与甲醛的摩尔比为1∶1.08。
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