CN105567142B - 一种高性能环保型脲醛树脂胶黏剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能环保型脲醛树脂胶黏剂及其制备方法，本发明以高浓度甲醛替代传统的37％甲醛溶液，制备甲醛与尿素摩尔比为0.8～1.1的低摩尔比脲醛树脂，同时，在树脂制备过程中，添加豆类蛋白，制备环保型脲醛树脂。本发明的脲醛树脂胶黏剂制备工艺简单，反应过程平稳易控制，树脂具有成本低、游离甲醛含量低、胶接强度高等优点，适用于人造板生产和家具制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种木材胶黏剂制备技术，尤其涉及一种高性能环保型脲醛树脂胶黏剂及其制备方法。
背景技术
脲醛树脂胶黏剂(UF)是一种开发应用较早的热固性高分子合成树脂，广泛应用于木材工业中的刨花板、胶合板、中密度纤维板，占人造板用量的90％以上，是胶黏剂中用量最大的品种。UF之所以能被大量使用，原因在于：其制造工艺简单，原料价格低廉且易得，初黏度大，粘接强度高等优点。但同时，UF也存在一些问题，如耐水性差、脆性大、耐老化性差、储存期短、游离甲醛含量高等，严重影响脲醛树脂胶黏剂制品质量。随着人们环保意识的增强，人们越来越注意到脲醛树脂胶黏剂在使用过程中会释放甲醛，污染空气，损害人们的健康。
影响UF甲醛含量的关键是合成UF中甲醛与尿素的摩尔比，一般情况下甲醛与尿素的摩尔比越小，游离甲醛含量越低。当脲醛树脂的摩尔比从2.0降至1.0时，脲醛树脂中的游离甲醛含量可以从2.6％降至0.1％以下，当摩尔比从1.6降至1.1时，生产的刨花板的甲醛释放量可以从1.0～1.2mg/g降至0.10～0.15mg/g[周文瑞,李建章,李文军,等.脲醛树脂胶黏剂及制品低毒化研究进展[J].中国胶黏剂,2002,13(1):54-58]。当摩尔比进一步降至1.05～1.3，并采用多阶段缩聚工艺，可使脲醛树脂中游离甲醛含量降至0.05％～0.1％[关长参.木材胶粘剂[M].北京:科学出版社,1994,43]。但是，摩尔比降低到一定程度时，非但对游离甲醛的降低无显著影响，反而会导致脲醛树脂的性能随之劣化。有研究指出，脲醛树脂合成用甲醛与尿素的摩尔比甚至可以降低到0.64，但要在合成阶段添加三聚氰胺合成三聚氰胺-尿素-甲醛树脂(MUF)才能满足使用要求。由于三聚氰胺成本较高，使MUF只能用在一些要求比较高的人造板上，MUF的推广应用受到限制。
专利“高性能环保型脲醛树脂胶粘剂及其制备方法和用途”(ZL2006100172713)、“环保型脲醛树脂胶粘剂”(ZL 00100526X)和“一种改性环保型脲醛树脂胶”(ZL2008100250641)介绍了环保型脲醛树脂相关制备方法。通过比较，以上3个发明与本发明的主要不同体现在三个方面：
(1)以上3个发明与本发明所使用的甲醛原料不同，以上3个发明使用的甲醛质量浓度为37％，而本发明使用的甲醛质量浓度为50％。优势在于：合成的环保型脲醛树脂，具有较高的固体含量，和较低的游离甲醛含量，可直接用于刨花板等的生产；
(2)以上3个发明与本发明甲醛与尿素的摩尔比不同，甲醛与尿素的摩尔比在0.8-1.4，本发明甲醛与尿素的摩尔比在0.8-1.1，甲醛与尿素的摩尔比进一步降低；
(3)以上3个发明均使用了成本较高的三聚氰胺，这必将增加脲醛树脂的制备成本。而本发明未采用成本较高的三聚氰胺，仅在脲醛树脂制备过程中加入了豆类蛋白，一方面蛋白价格低廉，另一方面在脲醛树脂中引入具有可降解的蛋白结构，当材料废弃埋入土壤中经微生物作用降解作用可能会提高。
专利“一种改性大豆蛋白胶粘剂及其制备方法”(ZL 2013103364306)，介绍了一种大豆蛋白胶粘剂的相关制备方法。主要以大豆蛋白为合成主原料，其它醛类树脂为添加剂，起到增强的效果。
本发明中，选择豆类蛋白为添加剂，用量仅占尿素用量的5-10％，尿素、高浓度甲醛为主原料。为了使得豆类蛋白能够与脲醛树脂有充分的融合性，添加了权利要求书中所述的多种改性剂。这是与上述专利的本质不同之处。
经过于文献对比，未见与本发明相同的公开报道。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高性能环保型脲醛树脂胶黏剂及其制备方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明一种高性能环保型脲醛树脂胶黏剂，所述的胶黏剂的原料配比为：高浓度甲醛和尿素的摩尔比为0.8～1.1，豆类蛋白添加量占总尿素用量的5-10％。
本发明一种高性能环保型脲醛树脂胶黏剂的制备方法，所述方法的具体步骤如下：
(1)将高浓度甲醛乳液60-90份加入到反应釜中，用碱溶液调节pH值为8.0～8.5；
(2)在搅拌条件下，加入第一次尿素和豆类蛋白，加热升温至88-92℃之间；
(3)加入第二次尿素，保温反应20～60分钟，用酸溶液调整pH值为5.0～5.3；
(4)反应至水混合性250～300％，降温至60℃，用碱溶液调节pH值至7.5～8.0；
(5)加入第三次尿素，保温反应10～30分钟，冷却放料。
具体地，步骤(2)中，第一次尿素加入量占总尿素加入量的35～50wt％；步骤(2)中，所述豆类蛋白原料为脱脂大豆粉、大豆分离蛋白和大豆浓缩蛋白中的一种或其中两种；步骤(2)中，所述豆类蛋白是经过处理后的蛋白，处理试剂为氯化钙、碳酸钠、氯化钠和亚硫酸氢钠中的两种或多种；步骤(2)中，所述的豆类蛋白加入量占总尿素加入量的5-10wt％；步骤(3)中，第二次尿素加入量占总尿素加入量的15～40wt％。
本发明的有益效果在于：
本发明是一种高性能环保型脲醛树脂胶黏剂及其制备方法，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明的高性能环保型脲醛树脂胶黏剂，采用脲醛树脂“碱-酸-碱”经典的制备工艺，即可合成，而且，操作简便，反应过程平稳易控制；
2、本发明的高性能环保型脲醛树脂胶黏剂，甲醛和尿素的摩尔比较低，可以有效保证脲醛树脂较低的游离甲醛含量；
3、本发明的高性能环保型脲醛树脂胶黏剂，以高浓度甲醛替代传统的37％甲醛溶液，同时，在树脂制备过程中，添加豆类蛋白。高浓度甲醛的使用，在以往的树脂合成中，是未见使用的。而且，在脲醛树脂中引入具有可降解的大豆蛋白结构，当材料废弃埋入土壤中经微生物作用后，与传统脲醛树脂(或改性树脂)相比，降解性会大大提高。
4、本发明的高性能环保型脲醛树脂胶黏剂，所采用的原料价格均较便宜，树脂具有成本低、游离甲醛低、胶接强度高等优点，适用于人造板生产和家具制造。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明：
本发明一种高性能环保型脲醛树脂胶黏剂，所述的胶黏剂的原料配比为：高浓度甲醛和尿素的摩尔比为0.8～1.1，豆类蛋白添加量占总尿素用量的5-10％。
本发明一种高性能环保型脲醛树脂胶黏剂的制备方法，所述方法的具体步骤如下：
(1)将高浓度甲醛乳液60-90份加入到反应釜中，用碱溶液调节pH值为8.0～8.5；
(2)在搅拌条件下，加入第一次尿素和豆类蛋白，加热升温至88-92℃之间；
(3)加入第二次尿素，保温反应20～60分钟，用酸溶液调整pH值为5.0～5.3；
(4)反应至水混合性250～300％，降温至60℃，用碱溶液调节pH值至7.5～8.0；
(5)加入第三次尿素，保温反应10～30分钟，冷却放料。
具体地，步骤(2)中，第一次尿素加入量占总尿素加入量的35～50wt％；步骤(2)中，所述豆类蛋白原料为脱脂大豆粉、大豆分离蛋白和大豆浓缩蛋白中的一种或其中两种；步骤(2)中，所述豆类蛋白是经过处理后的蛋白，处理试剂为氯化钙、碳酸钠、氯化钠和亚硫酸氢钠中的两种或多种；步骤(2)中，所述的豆类蛋白加入量占总尿素加入量的5-10wt％；步骤(3)中，第二次尿素加入量占总尿素加入量的15～40wt％。
实施例1：
(1)将50wt％高浓度甲醛乳液75份加入到反应釜中，用30％NaOH水溶液调节pH值为8.5；
(2)在搅拌条件下，加入第一次尿素30份和豆类蛋白3.75份，加热升温至90℃；
(3)加入第二次尿素25份，保温反应30分钟，用10％甲酸溶液调整pH值为5.0；
(4)反应至水混合性300％，降温至60℃，用碱溶液调节pH值至8.0；
(5)加入第三次尿素20份，保温反应20分钟，冷却放料，得到脲醛树脂(UF2)。
使用以上脲醛树脂制备三层杨木胶合板。控制双面施胶量为220g/m2对单板进行施胶，流平后开式陈放20min后热压。热压工艺为：时间：4min；温度：140℃；压力：1.5MPa。胶合板的干状剪切强度的测试方法参照GB/T9846.7—2004。
采取上述相同工艺，以37wt％普通甲醛和尿素制备普通脲醛树脂(UF1)。脲醛树脂的性能指标如下：
| 脲醛树脂 | 黏度/mPa·s | 固含量/％ | 游离甲醛/％ | 干强度/MPa |
| UF1 | 67 | 50.0 | 0.088 | 1.83 |
| UF2 | 256 | 63.3 | 0.075 | 3.63 |
实施例2：
(1)将50wt％高浓度甲醛水溶液75份加入到反应釜中，用30％NaOH水溶液调节pH值为8.5；
(2)在搅拌条件下，加入第一次尿素43份和豆类蛋白7.5份，加热升温至90℃；
(3)加入第二次尿素23份，保温反应30分钟，用10％甲酸溶液调整pH值为5.0；
(4)反应至水混合性250％，降温至60℃，用碱溶液调节pH值至8.5；
(5)加入第三次尿素20份，保温反应30分钟，冷却放料，得到脲醛树脂(UF2)。
使用以上脲醛树脂制备三层杨木胶合板。控制双面施胶量为220g/m2对单板进行施胶，流平后开式陈放20min后热压。热压工艺为：时间：4min；温度：140℃；压力：1.5MPa。胶合板的干状剪切强度的测试方法参照GB/T9846.7—2004。
采取上述相同工艺，以37wt％普通甲醛和尿素制备普通脲醛树脂(UF1)，脲醛树脂的性能指标如下：
| 脲醛树脂 | 黏度/mPa·s | 固含量/％ | 游离甲醛/％ | 干强度/MPa |
| UF1 | 70 | 51.1 | 0.080 | 1.54 |
| UF2 | 270 | 62.4 | 0.072 | 3.57 |
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.一种高性能环保型脲醛树脂胶黏剂，其特征在于：所述的胶黏剂的原料配比为：含量50％的高浓度甲醛和尿素的摩尔比为0.8，豆类蛋白添加量占总尿素用量的5-10wt％；
所述高性能环保型脲醛树脂胶黏剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)将高浓度甲醛乳液60-90份加入到反应釜中，用碱溶液调节pH值为8.0～8.5；
(2)在搅拌条件下，加入第一次尿素和豆类蛋白，加热升温至88-92℃之间；
(3)加入第二次尿素，保温反应20～60分钟，用酸溶液调整pH值为5.0～5.3；
(4)反应至水混合性250～300％，降温至60℃，用碱溶液调节pH值至7.5～8.0；
(5)加入第三次尿素，保温反应10～30分钟，冷却放料；
步骤(2)中，第一次尿素加入量占总尿素加入量的35～50wt％；
步骤(2)中，所述豆类蛋白原料为经过处理后的脱脂大豆粉、大豆分离蛋白和大豆浓缩蛋白中的一种或其中两种；处理试剂为氯化钙、碳酸钠、氯化钠和亚硫酸氢钠中的两种或多种；
步骤(3)中，第二次尿素加入量占总尿素加入量的15～40wt％。
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