材料检测实验一

综合实验一

脲醛树脂的合成及检测

一实验目的

1．通过进行实验室脲醛树脂的合成实验，掌握聚合反应的基本过程，对实验过程设计，实验装置的构成，实验过程的控制有一定的感性认识，并能对实验现象进行较为深入的分析。

2．通过对脲醛树脂的重要性能指标粘度和固含量及外观的测定，了解脲醛树脂的两项重要性能指标的意义、粘度测定的原理和标准，掌握粘度和固含量测定的过程和方法，能够熟悉地应用实验数据的处理方法，按照脲醛树脂的质量标准（ ZGB39001—85 ）粘度和固含量性能重要指标得出相关的合理结论。

二实验原理

1．脲醛树脂合成机理

脲醛树脂粘合剂是一种广泛采用的工业粘合剂，可用于竹木加工制品的生产，在胶合板、细木工板、刨花板等的生产中有着大量的需求，是目前产销量最大的粘合剂品种之一。

从目前生产脲醛树脂的有关资料报导来看，脲醛树脂的合成生产工艺一般有三种，第一种是高温弱碱---弱酸工艺；第二种是高温弱酸工艺；上述两种工艺的工艺参数一般为温度94～96℃，弱酸pH5.6～6.8，弱碱pH8.0左右；第三种强酸工艺，

为温度40℃以下，pH ≤3.0。此工艺尚属初步研究阶段，未有工业应用报道。工业生产中常用的是前两种工艺。

脲醛树脂合成过程原理较复杂，国内外至今尚未研究透彻， 一般认为，该工艺过程反应分以下两步进行: ⑴脲和甲醛反应生成羟甲脲

NH 2

H 2N

+ HCHO

NH

H 2N

O

CH 2OH

一羟甲脲

NH

H 2N

O

CH 2OH

+ HCHO

NH

HN CH 2OH

HOCH 2二羟甲脲

NH

HN

CH 2

OH

HOCH 2

+ HCHO

N(CH 2OH)2

HN

HOCH 2

第一步反应物为初期中间体；一羟甲脲，二羟甲脲和三羟甲脲。

⑵羟甲脲和尿素缩合成可熔可溶的脲醛树脂，其反应式为：

NH 2H 2N

NH

H 2N

CH 2OH

+

NH

H 2N

O

CH 2NH 2

HN

O

+ H 2O

NH

H 2N

O CH 2OH +

NH

HN

CH 2HOCH 2

NH

HN

O CH 2HOCH 2

NH

HN

O CH 2OH

+ H 2O

第二阶段反应结束后，便得到初期阶段的脲醛树脂，为线型结构，初期脲醛树脂为分子量不同的混合物，在树脂分子结构中， 含有一定数量的游离羟甲基。

第一步反应尿素与甲醛加成反应进行很快，而随之而开始的

缩聚反应速度将逐步减缓，后一步缩聚反应的速度主要与尿素与

甲醛的摩尔比、PH值、温度等有关。

2．脲醛树脂粘度检测

测定高分子粘度的主要方法有：毛细管法（常用乌贝路德粘

度计和改良奥氏粘度计）、流量杯法（通常使用涂—1、涂—4杯

粘度计）、转筒法（NDJ—1型旋转粘度计和NDJ—79型旋转粘度

计）、落球法（即落球粘度计）和翻泡法（翻泡粘度计）。

本实验采用流量杯法。

涂—4流量杯（简称为涂—4杯）为涂料行业所通用，所测定

的是条件粘度。即一定量的试样，在一定的温度下从规定直径的

孔流出的时间，用于测定牛顿型或近似牛顿型流体涂料的运动粘

度V。在规定温度下测定涂料从流出孔自然流下所需的时间t。流

量杯按流出孔径大小分为3号、4号、5号三种型号。不同孔径流

出时间以 30 s≤t≤100s为最合适，选择孔径和测定粘度范围如

下：

杯号粘度计算公式粘度

测定范围/(mm2/s)

3号杯（孔径 3mm） V=0.443t—200/t 7～

40

4号杯（孔径 4mm） V=1.37t—200/t 35～

135

6号杯（孔径6mm）V=6.90t—750/t

134～686

公式中粘度 V 为运动粘度（mm2·s-1），t为流出时间，s 。欲将其换算为动力粘度KV（mPa·S）,可将运动粘度乘以密度（g／cm3）。

木材加工工业中粘合剂习惯用动力粘度（ mPa· s）表示，但在合成树脂反应程中有的用涂—4号杯树脂流出时间来表示，不再换算成粘度。

三实验仪器药品与实验装置

A．合成脲醛树脂

(1)仪器：250ml三颈烧瓶一只，250ml、50ml烧杯各一只、温度计玻棒,托盘天平一台,恒温水浴一台,搅拌器一台, 试管

(2)药品：甲醛溶液工业品37％

尿素化学纯

30％NaOH 溶液

25％NH4Cl 溶液。

10%HCL 溶液

(3)实验装置：

实验装置如下图1所示

（4

1．在三颈烧瓶中加入150g甲醛溶液，升温至35℃用NaOH 溶液调整PH值为7．4～7．8。

2．按摩尔比1：2称取需加入尿素量加入烧瓶，保温5分钟。

3．用20min升温到90℃，调PH值4．8～5．0，控温92±2℃反应约30～120min，其间每隔5分钟测PH值一次，记录时间与PH值,反应约20～30min后开始观察反应液粘度变化，开始每隔10分钟进行云雾试验，30分钟后每隔5分钟进行一次。记录观察现象及云雾试验结果。当测定达到终点后即脱离加热，用NaOH溶液调PH7．0～7．5终止反应。

（5）实验过程要点

1．配比：脲醛树脂胶的配比一般指尿素和甲醛的摩尔比，一般工业用脲醛胶其摩尔比均在1．6～2．0之间，摩尔比不同，其用途及生产方法，性质有一定的差异。一般来说，摩尔