JP2000290367A - 耐熱性尿素樹脂の製造方法 - Google Patents

耐熱性尿素樹脂の製造方法

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JP2000290367A
JP2000290367A JP11104106A JP10410699A JP2000290367A JP 2000290367 A JP2000290367 A JP 2000290367A JP 11104106 A JP11104106 A JP 11104106A JP 10410699 A JP10410699 A JP 10410699A JP 2000290367 A JP2000290367 A JP 2000290367A
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reaction
urea
resin
formaldehyde
melamine
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Fumitoshi Tsukiyama
文俊 築山
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Showa Highpolymer Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐熱性に優れた低ホルムアルデヒド尿素樹脂
を安定に製造することのできる製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】 ヘキサメチレンテトラミンまたはアンモ
ニアの存在下、尿素と、前記尿素1モルに対して1〜2
モルのホルムアルデヒドとを、メチロール付加反応およ
び縮合反応させ初期縮合物を得、続いて前記尿素に対し
て1〜30重量%のメラミンと前記初期縮合物とを反応
させることを特徴とする耐熱性尿素樹脂の製造方法(た
だし、前記縮合反応の終点は、初期縮合物が水に白濁す
る時点とし、かつ前記メラミンと初期縮合物との反応の
終点は、反応生成物が水に白濁する時点とする)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性尿素樹脂の
製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、耐熱性
に優れた低ホルムアルデヒドの尿素樹脂を安定に製造す
ることのできる方法に関するものである。本発明の製造
方法により得られる耐熱性尿素樹脂は、低温度、短時間
キュアーが可能であり、しかも耐熱性を要する用途分
野、例えばクリーンルームや家庭用ダクトなどに用いる
ガラス繊維の収束剤やガラス繊維不織布のバインダー用
樹脂に好適に用いることができる。
【0002】
【従来の技術】従来、ガラス繊維の収束剤やガラス繊維
不織布のバインダーとしては、一般に各種シラン系化合
物、シリコン系樹脂、尿素樹脂やメラミン樹脂等のアミ
ノ樹脂が用いられている。しかしながら、シラン系化合
物やシリコン系樹脂は著しく高価格であり、該用途分野
には適合しない。一方、尿素樹脂は安価ではあるが耐熱
性に乏しく、200℃以上の高温度では樹脂自体が分解
してしまい、該用途分野には不向きである。また樹脂の
分解によって発生するホルムアルデヒドや遊離するホル
ムアルデヒドの量が多く、実際の生産現場では作業時や
加工されたガラス繊維製品から発生するホルムアルデヒ
ドによって作業環境が著しく悪化するという問題点があ
る。また、メラミン樹脂の場合には、樹脂の耐熱性自体
は優れているものの、樹脂の硬化に高温度、長時間を要
するという欠点を有し、ガラス繊維が溶融したり、熱変
色するといった問題点を引き起こしていた。
【0003】従来の尿素樹脂の製造は次のようにして行
っている。まず反応系のpHを7〜9の弱アルカリ性に
し、尿素とホルムアルデヒドとを反応させる。反応の進
行に従ってpHは自然降下する。反応の初期ではメチロ
ール付加反応が進行し、続いてpHが5以下の酸性に移
行した後、縮合反応が進行する。なお、反応の初期より
メタノールを共存させることもあり、その場合は、メチ
ロール付加反応に引き続いて縮合反応と共にエーテル化
反応が進行し、樹脂が安定化する。しかしながら、これ
らの反応において、低モル比のホルムアルデヒドを含む
尿素樹脂、いわゆる低ホルムアルデヒド尿素樹脂を製造
する場合には、アルカリ剤として一般的に苛性ソーダ等
が用いられているが、メチロール付加反応が進行しても
反応系のpHがあまり降下せず、6以下の酸性サイドに
移行しにくく、縮合反応が進まないという問題点があ
る。したがって、縮合反応を進めるために塩酸等を添加
して強制的にpHを5以下の酸性にする必要があるが、
この場合は逆に縮合、硬化が急激に進行し過ぎ、反応液
が不透明になり、極端な場合は樹脂がゲル化してしま
う。このように従来低ホルムアルデヒド尿素樹脂を安定
に製造することは困難であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、耐熱性に優れた低ホルムアルデヒドの尿素樹脂を
安定に製造することのできる方法を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記の目的を
達成するために、各種の材料や条件につき鋭意検討を重
ねた結果、本発明の完成するに至った。すなわち本発明
は、ヘキサメチレンテトラミンまたはアンモニアの存在
下、尿素と、前記尿素1モルに対して1〜2モルのホル
ムアルデヒドとを、メチロール付加反応および縮合反応
させ初期縮合物を得、続いて前記尿素に対して1〜30
重量%のメラミンと前記初期縮合物とを反応させること
を特徴とする耐熱性尿素樹脂の製造方法を提供するもの
である。ただし、前記縮合反応の終点は、初期縮合物が
水に白濁する時点とし、かつ前記メラミンと初期縮合物
との反応の終点は、反応生成物が水に白濁する時点とす
る。また本発明は、ヘキサメチレンテトラミンまたはア
ンモニアの存在下、尿素とホルムアルデヒドとを反応す
るに際して、ホルムアルデヒド1モルに対して0.3モ
ル以下のメタノールを添加することを特徴とする前記の
耐熱性尿素樹脂の製造方法を提供するものである。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の製造方法は、(1)アル
カリ剤として苛性ソーダ等を用いた場合の前記問題点を
回避するため、ヘキサメチレンテトラミンまたはアンモ
ニアを用いること、(2)ヘキサメチレンテトラミンま
たはアンモニアの存在下、低モル比のホルムアルデヒド
と尿素とを反応させ、次の段階で少量のメラミンをさら
に反応させるところに特徴がある。すなわち、本発明に
おいてヘキサメチレンテトラミンまたはアンモニアの存
在下で反応を行うと、苛性ソーダ等の場合と異なり、反
応の進行に伴いこれらの消費が進み、反応系のpHが急
降下して5以下の酸性になり、メチロール付加反応に続
く縮合反応またはエーテル化反応(メタノールを用いた
場合)の条件に極めて好都合となる。したがって、アル
カリ剤としてへキサメチレンテトラミンまたはアンモニ
アを用いた場合、新たに塩酸等の酸を縮合反応の触媒と
して添加しなくても、メチロール付加反応に続く縮合反
応またはエーテル化反応が進行し、自動的にpHコント
ロールもなされることになり、特別な操作を行うことな
く安定に尿素樹脂を得ることができる。
【0007】ヘキサメチレンテトラミンまたはアンモニ
アの使用量は、ホルムアルデヒドに対して0.1〜2重
量%が適当である。なお、アンモニアはホルムアルデヒ
ドと反応してヘキサメチレンテトラミンに変化するので
結果的にはヘキサメチレンテトラミン添加と同様な効果
を示す。
【0008】ホルムアルデヒドの使用量は、尿素1モル
に対して1〜2モル、好ましくは1.3〜1.7モルで
あり、1モル未満では反応系が不安定になり、不透明化
またはゲル化の危険性がある。2モルを超えると樹脂の
低ホルムアルデヒド化が困難となる。
【0009】ヘキサメチレンテトラミン、またはアンモ
ニア存在下における尿素とホルムアルデヒドとの反応に
おいて、ホルムアルデヒド1モルに対して0.3モル以
下、好ましくは0.15〜0.25モルのメタノールを
併用し、共存させて反応を行ってもよい。この場合メタ
ノールは反応によりエーテル化を促進し、過度の縮合反
応やメチロール化による結晶化を抑制するため、樹脂の
安定性、とくに低温安定性を高める効果がある。ホルム
アルデヒド1モルに対して0.3モルを超えた量でメタ
ノールを使用した場合には、安定性が向上する反面、樹
脂の硬化が遅れ、耐熱性が得られ難い。
【0010】尿素とホルムアルデヒドとのメチロール付
加反応および縮合反応は、80℃近辺で行うのが好まし
く、該反応により初期縮合物が得られる。縮合反応の終
点は、初期縮合物が水に白濁する時点とする。簡便に
は、例えば20℃の水をビーカーに十分量入れておき、
樹脂を一滴落としたとき、樹脂が水に白濁した時点をも
って終点と見なすことができる。
【0011】次に、初期縮合物が得られた後は、直ちに
メラミンを反応系に添加し、同温度、すなわち80℃近
辺で反応させるのが好ましい。メラミンの添加量は、尿
素に対して1〜30重量%、好ましくは10〜20重量
%である。1重量%より少ない場合には樹脂の耐熱性が
不十分となり、逆に30重量%を超えた場合には、樹脂
の安定性に問題を生じたり、高温で長時間キュアーしな
いと樹脂が硬化しない等の問題が生じる。反応系のpH
はメラミン添加前には5以下であるが、メラミンはカチ
オン性であり、メラミンの添加と共にpHは5〜7に上
昇する。尚、メラミン添加前に反応系のpHが低すぎる
と、メラミン添加時にpHが上がりにくく、その間反応
が進みすぎる場合があるので、ヘキサメチレンテトラミ
ンまたはアンモニアを追加添加してもよい。メラミンと
初期縮合物との反応の終点は、反応生成物が水に白濁す
る時点とする。簡便には、前記と同様に例えば20℃の
水をビーカーに十分量入れておき、樹脂を一滴落とした
とき、樹脂が水に白濁した時点をもって終点と見なすこ
とができる。反応の終了後は、直ちに苛性ソーダ等によ
ってpH8〜9に調整し、冷却するのが望ましい。
【0012】なお、上記の反応系におけるpHは、いず
れの場合においてもpHメーターを用いて測定するのが
よい。
【0013】本発明により得られた耐熱性尿素樹脂は、
実用的には、不揮発分75重量%近辺、粘度10000
cps程度まで減圧、濃縮して用いる。
【0014】
【実施例】以下実施例および比較例によって本発明をよ
り具体的に説明するが、本発明はこれらの例に制限され
るものではない。 (実施例1)下記表1の化合物および使用量でもって耐
熱性尿素樹脂を調製した。
【0015】
【表1】 尿素 420g ホルムアルデヒド(37%) 900g ヘキサメチレンテトラミン 4g メラミン 42g 苛性ソーダ(20%水溶液) 1g
【0016】還流冷却器、温度計、撹拌機を備えた反応
フラスコに、、、を仕込み、pH8.0付近に調
整後、82℃に昇温し、反応する。反応と共にpHは4
付近まで自然降下していく。樹脂を一滴20℃の水に落
とし、白濁する時点でを添加して、同温度で同じく2
0℃の水に白濁するまで反応し、を添加し、pHを8
〜9に調整後冷却する。その後減圧、濃縮し、樹脂の粘
度を約10000cpsに調整する。得られた樹脂をガ
ラス繊維のバインダー樹脂として用いたときの耐熱性を
次のような方法で測定した。得られた樹脂を水で30重
量%に希釈して、そこにガラス繊維不織布をウエットピ
ックアップにより100%含浸した後、80℃、5分間
乾燥する。その後150℃、180℃、200℃、23
0℃、250℃で各40秒間熱処理を行った後、常態お
よび湿潤時(20℃の水に15分間浸漬)における引張
り強度(試料2×15cm、チャック間隔10cm、引
張り速度10cm/分)を測定した。併せて、80℃5
分間乾燥後の引張強度およびガラス繊維に複合しない樹
脂の引張強度(未加工)も測定した。結果を表2に示
す。
【0017】(実施例2)実施例1において尿素、
ホルムアルデヒド(37%)、ヘキサメチレンテトラ
ミンと共にメタノール100gを反応フラスコに仕込
み、同様に反応した以外は実施例1と全て同様に行っ
た。結果を表2に示す。
【0018】(実施例3)実施例1においてヘキサメ
チレンテトラミン4gの代わりにアンモニア水(25%
水溶液)20gを使用した以外は実施例1と全て同様に
行った。結果を表2に示す。
【0019】(比較例1)実施例1においてメラミン
を全く使用しない以外は実施例1と全て同様に行った。
結果を表2に示す。
【0020】(比較例2)実施例1においてヘキサメ
チレンテトラミン4gの代わりに苛性ソーダ(20%水
溶液)2gを使用した場合、最初のメチロール付加反応
は実施例1と同様に問題なく進行した。しかしながら、
このままの状態でメラミンを添加したところ反応が進ま
ないので塩酸(10%水溶液)8gを添加し、pHを
4.2に調節したがゲル化状態となった。
【0021】(比較例3)実施例1においてホルムア
ルデヒド(37%)900gの代わりに450gを使用
した。結果は反応の初期段階においてペースト状とな
り、反応が進まず樹脂化しない状態となった。
【0022】
【表2】 樹脂の耐熱性 熱処理温度と状態 実 施 例 比較例 引っ張り強度 (kg/cm 2 ) 1 2 3 1 未加工 常 態 5.2 4.8 5.1 5.2 湿 潤 0 0 0 0 80℃ 常 態 7.7 7.2 7.5 8.5 5分 湿 潤 0.7 0.6 0.7 0.4 150℃ 常 態 10.2 9.9 10.0 7.7 40秒 湿 潤 0.9 0.8 0.9 0.5 180℃ 常 態 12.8 12.6 12.8 7.2 40秒 湿 潤 4.6 4.4 4.6 0.9 200℃ 常 態 14.3 13.8 14.0 6.5 40秒 湿 潤 6.6 6.3 6.5 0.4 230℃ 常 態 14.8 14.6 14.6 4.2 40秒 湿 潤 12.9 11.8 12.8 0.2 250℃ 常 態 11.7 11.4 11.5 2.5 40秒 湿 潤 11.2 11.0 11.4 0.2
【0023】上記表2の結果から、本発明の製造方法に
より得られた尿素樹脂は、比較例のものに比べて耐熱性
に著しく優れ、しかも短時間でその優れた耐熱性が発現
していることが分かる。
【0024】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、ヘキサメチ
レンテトラミンまたはアンモニアをアルカリ剤として尿
素と低モル比のホルムアルデヒドとを反応させ、続いて
少量のメラミンを反応させているので、耐熱性に優れた
低ホルムアルデヒド尿素樹脂を安定に製造することがで
きる。本発明の製造方法により得られる耐熱性尿素樹脂
は、低温度、短時間キュアーが可能であり、しかも耐熱
性を要する用途分野、例えばクリーンルームや家庭用ダ
クトなどに用いるガラス繊維の収束剤やガラス繊維不織
布のバインダー用樹脂に好適に用いることができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヘキサメチレンテトラミンまたはアンモ
    ニアの存在下、尿素と、前記尿素1モルに対して1〜2
    モルのホルムアルデヒドとを、メチロール付加反応およ
    び縮合反応させ初期縮合物を得、続いて前記尿素に対し
    て1〜30重量%のメラミンと前記初期縮合物とを反応
    させることを特徴とする耐熱性尿素樹脂の製造方法(た
    だし、前記縮合反応の終点は、初期縮合物が水に白濁す
    る時点とし、かつ前記メラミンと初期縮合物との反応の
    終点は、反応生成物が水に白濁する時点とする)。
  2. 【請求項2】 ヘキサメチレンテトラミンまたはアンモ
    ニアの存在下、尿素とホルムアルデヒドとを反応するに
    際して、ホルムアルデヒド1モルに対して0.3モル以
    下のメタノールを添加することを特徴とする請求項1に
    記載の耐熱性尿素樹脂の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100707038B1 (ko) 2003-09-25 2007-04-13 한 정임 아미노계 열경화성 수지의 제조방법
CN101979455A (zh) * 2010-10-15 2011-02-23 蔡正文 一种脲醛胶及其制备方法

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