CN104086730A

CN104086730A - 制备环保人造板用改性脲醛胶的两步法

Info

Publication number: CN104086730A
Application number: CN201410363462.XA
Authority: CN
Inventors: 张运明; 刘幽燕; 唐爱星
Original assignee: Guangxi University
Current assignee: Guangxi University
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2034-07-28
Also published as: CN104086730B

Abstract

本发明公开了一种制备环保人造板用改性脲醛胶的两步法，主要采用以下重量份的原料：质量浓度37％的甲醛水溶液56～60份、农用尿素42～39份、工业级三聚氰胺0.2～2份，按弱酸-弱碱两步制备，其中，弱酸步骤是在pH值4～6.5的弱酸介质中同时进行尿素及甲醛的加成和缩聚反应。发明人在传统改性脲醛胶的三步法弱碱工艺的基础上进行了改进，主要是合并成弱酸-弱碱两步，加料方式为甲醛及三聚氰胺一次投料，尿素分三至四批投料。应用本发明可改善胶的分子结构，减少约一半的酸碱消耗，还使产品强度提高，甲醛释放量降低，所得脲醛胶产品具有低成本、高性能、环保等特点。

Description

制备环保人造板用改性脲醛胶的两步法

技术领域

本发明属于人造板(纤维板及刨花板)用脲醛胶技术领域，尤其涉及一种制备环保人造板用改性脲醛胶的两步法。

背景技术

2012年我国人造板总产量达2.23亿m³，为2002年的7.6倍。由于国内外形势变化，近年来人造板行业已从高速发展阶段，逐步进入调整转型时期，不少企业仅仅依靠国家退税政策实现微利。

人造板属于资源依赖型的行业，木材及化学原料两大项即占成本的70％左右。因而，生产轻质、高性能人造板成为转型升级的重要内容。人造板的物理力学性能和环保指标(甲醛释放量)，很大程度上要依靠所用的胶粘剂来保证。胶粘剂是人造板的核心，不但影响其质量、能耗，还影响成本。据统计，2012年人造板所用胶粘剂总量达到1387万t(以100％计)的惊人规模。其中脲醛胶1230万t(以100％计)占总量的88.7％。

传统的脲醛胶制造工艺可概括分为三个步骤，即弱碱-弱酸-弱碱三步，简称弱碱工艺。由于甲醛与尿素反应过程极为复杂，在不同工艺条件(温度、pH值及F/U量比)下反应生成不同的基团及中间产品，并最终导致胶粘剂性能的巨大差异。因而，通过改变工艺条件可以制出能满足不同人造板需求的胶粘剂。通过改进脲醛胶的结构以提高胶粘剂的物理力学性能以及环保性能(降低甲醛释放量)等质量指标，比之添加高能耗的化学品或采用其它昂贵胶粘剂，更具有节能、降耗及经济价值。低成本高性能胶粘剂有助于人造板向轻质、高性能转型。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备环保人造板用改性脲醛胶的两步法，所得脲醛胶产品具有低成本、高性能、环保等特点。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：制备环保人造板用改性脲醛胶的两步法，主要采用以下重量份的原料：质量浓度37％的甲醛水溶液56～60份、农用尿素42～39份、工业级三聚氰胺0.2～2份和适量氢氧化钠及甲酸，按弱酸-弱碱两步制备，其中，弱酸步骤是在pH值4～6.5的弱酸介质中同时进行尿素及甲醛的加成和缩聚反应。

环保人造板为纤维板时，上述制备环保人造板用改性脲醛胶的两步法，甲醛及三聚氰胺一次投料，尿素分三次投料，反应终点分两次控制，具体按以下操作进行：

<1>将甲醛水溶液(通常其pH值为4.0-4.2)投入反应釜中，开动搅拌器开始加热，升温到40℃时停止加热，用氢氧化钠水溶液调节pH值为4.8～5.2；

<2>加入占尿素总质量42～44％的第1批尿素及全部三聚氰胺，继续加热升温到70℃时停止加热，加甲酸调节pH值为4.5～4.8；然后自然升温并维持在90±2℃；使用浑点法观测反应物在水中形态，当反应物滴到水温40～45℃水中呈白色雾状为第一终点；或用涂-4杯测其粘度，应为14～16s/30℃；

<3>用氢氧化钠水溶液调节pH为6.0～6.5，加入占尿素总质量18～22％的第2批尿素，控制温度为87±3℃进行缩聚反应；使用浑点法观测反应物在水中形态，当反应物滴到水温55～60℃水中呈白色雾状为第二终点；或用涂-4杯测其粘度，应为15～20s/30℃；

<4>加氢氧化钠水溶液调节pH值为7.6～7.8，冷却到80-82℃后加入占尿素总质量36-40％的第3批尿素，在65～70℃保温30分钟后开始降温，当温度降至35～45℃时，调节pH值为7.6～8.6后出料。

环保人造板为刨花板时，上述制备环保人造板用改性脲醛胶的两步法，甲醛及三聚氰胺一次投料，尿素分四次投料，反应终点分两次控制，具体按以下操作进行：

步骤<1>至<3>同上；

<4>加氢氧化钠水溶液调节pH值为7.6～7.8，加入占尿素总质量的20-30％的第3批尿素，并在65～75℃下进行真空浓缩，粘度达到40～45s/30℃为终点；然后加入占尿素总质量10-16％的第四批尿素，在60～65℃保温30分钟后开始降温，当温度降至35～45℃时，调节pH值为7.6～8.6后出料。

氢氧化钠水溶液质量浓度为25～30％。

发明人在传统改性脲醛胶的三步法弱碱工艺的基础上进行了改进，主要是合并成弱酸(pH4.0～6.5)-弱碱(pH 7.6～8.6)两步，加料方式为甲醛及三聚氰胺一次投料，尿素分三至四批投料。在pH＝4～6.5条件下反应生成的羟甲基脲进一步脱水生成亚甲基脲和以亚甲基键连接的低分子化合物，使脲醛胶分子结构中亚甲基脲和二羟甲基脲组团比例达到一个较佳值，这样不但改善了胶的内聚力，还提高了与纤维的粘结力；即弱酸步骤是在弱酸介质中同时进行尿素及甲醛的加成和缩聚反应，这样改善了胶的分子结构，还减少了从酸性到碱性，又从碱性到酸性，最后再从酸性到碱性的大量酸碱的消耗。反应中还加入少量的三聚氰胺以提高性能，同时调整尿素分三次投料的比例，减少第一及第二批尿素的比例，增加第三及第四批尿素的比例，最终不但减少约一半的酸碱消耗，还使产品强度提高，甲醛释放量降低。

具体实施方式

实施例1

1.配方：工业级甲醛水溶液(质量浓度37％)1500kg，农用尿素1025kg，工业级三聚氰胺25kg，氢氧化钠、甲酸适量，所用氢氧化钠水溶液质量浓度25％。

2.制备工艺

<1>将全部甲醛水溶液投入反应釜中，开动搅拌器开始加热，升温到40℃时停止加热，用氢氧化钠水溶液调节pH值为5.0；

<2>加入第1批尿素445kg及全部三聚氰胺，继续加热升温到70℃时停止加热，加甲酸调节pH值为4.8；然后自然升温并维持在90±3℃；使用浑点法观测反应物在水中形态，当反应物滴到水温42℃水中呈白色雾状为第一终点；

<3>用氢氧化钠水溶液调节pH为6.5，加入第2批尿素210kg，控制温度为88±2℃进行缩聚反应；使用浑点法观测反应物在水中形态，当反应物滴到水温58℃水中呈白色雾状为第二终点；

<4>加氢氧化钠水溶液调节pH值为7.8，冷却到80-82℃后加入第3批尿素370kg，在65～70℃保温搅拌30分钟后开始降温，当温度降至45℃时，用氢氧化钠水溶液调节pH值为8.0后出料。

3.产品检测(见表1)

表1实施例1胶的质量及制板效果

胶性能

粘度s	pH	游离醛％	固化时间s	固含量％	水溶性	密度
							17.2/25℃	7.8	0.22	68.09	52.2	0.58	1.20

制中纤板(厚15mm，全杨木，施胶165 kg/m³，施蜡3.4 kg/m³)

实施例2

1.配方：工业级甲醛水溶液(质量浓度37％)1200kg，农用尿素840kg，工业级三聚氰胺10kg，氢氧化钠、甲酸适量，所用氢氧化钠水溶液质量浓度30％。

2.制备工艺

<1>将全部甲醛水溶液投入反应釜中，开动搅拌器开始加热，升温到40℃时停止加热，用氢氧化钠水溶液调节pH值为5.2；

<2>加入第1批尿素360kg及全部三聚氰胺，继续加热升温到70℃时停止加热，加甲酸调节pH值为4.6；然后自然升温并维持在90±2℃；使用浑点法观测反应物在水中形态，当反应物滴到水温40℃水中呈白色雾状为第一终点；

<3>用氢氧化钠水溶液调节pH为6.3，加入第2批尿素160kg，控制温度为88±2℃进行缩聚反应；使用浑点法观测反应物在水中形态，当反应物滴到水温60℃水中呈白色雾状为第二终点；

<4>加氢氧化钠水溶液调节pH值为7.8，冷却到80-82℃后加入第3批尿素320kg，在65～70℃保温搅拌30分钟后开始降温，当温度降至35～45℃时，用氢氧化钠水溶液调节pH值为7.8～8.6后出料。

3.产品检测(见表2)

表2实施例2胶的质量及制板效果

胶性能

粘度s	pH	游离醛％	固化时间s	固含量％	水溶性	密度
							16.7/25℃	7.6	0.11	74	52.0	1.3	1.18

制中纤板(厚18mm，杂木/桉木＝1/1，施胶175 kg/m³，施蜡4 kg/m³)

实施例3

1.配方：工业级甲醛水溶液(质量浓度37％)1150kg，农用尿素850kg，工业级三聚氰胺32kg，氢氧化钠、甲酸适量，所用氢氧化钠水溶液质量浓度28％。

2.制备工艺

<1>将全部甲醛水溶液投入反应釜中，开动搅拌器开始加热，升温到40℃时停止加热，用氢氧化钠水溶液调节pH值为4.8；

<2>加入第1批尿素360kg及全部三聚氰胺，继续加热升温到70℃时停止加热，加甲酸调节pH值为4.5；然后自然升温并维持在90±3℃；使用浑点法观测反应物在水中形态，当反应物滴到水温45℃水中呈白色雾状为第一终点；

<3>用氢氧化钠水溶液调节pH为6.2，加入第2批尿素150kg，控制温度为88±2℃进行缩聚反应；使用浑点法观测反应物在水中形态，当反应物滴到水温55℃水中呈白色雾状为第二终点；

<4>加氢氧化钠水溶液调节pH值为7.8，冷却到80-82℃后加入第3批尿素340kg，在65～70℃保温搅拌30分钟后开始降温，当温度降至35～45℃时，用氢氧化钠水溶液调节pH值为7.8～8.6后出料。

3.产品检测(见表3)

表3实施例3胶的质量及制板效果

胶性能

粘度s	pH	游离醛％	固化时间s	固含量％	水溶性	密度
							15.6/25℃	7.6	0.16	64	53.2	0.8	1.20

制中纤板(厚15mm，全桉木，施胶180kg/m³，施蜡6 kg/m³)

实施例4

1.配方：工业级甲醛水溶液(质量浓度37％)2400kg，农用尿素1700kg，工业级三聚氰胺75kg，氢氧化钠、甲酸适量，所用氢氧化钠水溶液质量浓度25％。

2.制备工艺

<2>加入第1批尿素750kg及全部三聚氰胺，继续加热升温到70℃时停止加热，加甲酸调节pH值为4.6；然后自然升温并维持在90±2℃；使用浑点法观测反应物在水中形态，当反应物滴到水温42℃水中呈白色雾状为第一终点；

<3>用氢氧化钠水溶液调节pH为6.0，加入第2批尿素250kg，控制温度为88±2℃进行缩聚反应；使用浑点法观测反应物在水中形态，当反应物滴到水温58℃水中呈白色雾状为第二终点；

<4>加氢氧化钠水溶液调节pH值为7.6～7.8，加入第3批尿素450kg，并在67～73℃下进行真空浓缩，粘度达到40s/30℃为终点；然后加入第四批尿素250kg，在60～65℃保温30分钟后开始降温，当温度降至35～45℃时，调节pH值为7.6～8.6后出料。

3.产品检测(见表4)

表4实施例4胶的质量及制板效果

胶性能

粘度s	pH	游离醛％	固化时间s	固含量％	水溶性	密度
							38/25℃	7.6	0.05	52.6	65.1	1.2	1.26

制刨花板15mm(厚15mm，全桉木，，施胶95.63 kg/m³，施蜡3 kg/m³)

Claims

1.一种制备环保人造板用改性脲醛胶的两步法，其特征在于主要采用以下重量份的原料：质量浓度37％的甲醛水溶液56～60份、农用尿素42～39份、工业级三聚氰胺0.2～2份，按弱酸-弱碱两步制备，其中，弱酸步骤是在pH值4～6.5的弱酸介质中同时进行尿素及甲醛的加成和缩聚反应。

2.根据权利要求1所述的制备环保人造板用改性脲醛胶的两步法，其特征在于：所述环保人造板为纤维板。

3.根据权利要求2所述的制备环保人造板用改性脲醛胶的两步法，其特征在于甲醛及三聚氰胺一次投料，尿素分三次投料，反应终点分两次控制，具体按以下操作进行：

<1>将甲醛水溶液投入反应釜中，开动搅拌器开始加热，升温到40℃时停止加热，用氢氧化钠水溶液调节pH值为4.8～5.2；

<2>加入占尿素总质量42～44％的第1批尿素及全部三聚氰胺，继续加热升温到70℃时停止加热，加甲酸调节pH值为4.5～4.8；然后自然升温并维持在90±3℃；使用浑点法观测反应物在水中形态，当反应物滴到水温40～45℃水中呈白色雾状为第一终点；或用涂-4杯测其粘度，应为14～16s/30℃；

4.根据权利要求1所述的制备环保人造板用改性脲醛胶的两步法，其特征在于：所述环保人造板为刨花板。

5.根据权利要求4所述的制备环保人造板用改性脲醛胶的两步法，其特征在于甲醛及三聚氰胺一次投料，尿素分四次投料，反应终点分两次控制，具体按以下操作进行：

6.根据权利要求3或5所述的制备环保人造板用改性脲醛胶的两步法，其特征在于：所述氢氧化钠水溶液质量浓度为25～30％。