脲醛树脂合成的基本原理

脲醛树脂合成的基本原理

脲醛树脂合成过程中的变化非常复杂，对于反应机理至今人们不十分清楚。现有两种理论即传统理论和糖醛理论按照两种理论可合成不同结构和性能的

脲醛树脂

一、应用传统理论合成体型结构的脲醛树脂

传统理论认为，脲醛树脂的合成主要分为两个阶段，第一个阶段羟甲基脲生成，为加成反应阶段；第二阶段树脂化，为缩聚反应阶段。

1、加成反应阶段

尿素与甲醛在中性或弱碱性介质（PH 7~8）中进行羟基化反应。当甲醛与尿素的摩尔比（F/U）≤1时生成稳定的一羟基甲基脲；

H2N-CO-NH2+CH2O →H2N-CO-NHCH2OH

然后再与甲醛反应生成二羟甲基脲

H2N-CO-NHCH2OH + CH2O →HOH2CHN-CO-NHCH2OH

还可以生成少量的三羟甲基脲、四羟甲基脲，但是到目前为止还未分离出四羟甲基脲。一羟甲基脲、二羟甲基脲和三羟甲基脲的反应速度比为9：3：1。

2、缩聚反应阶段

羟甲基脲中含有活泼的羟甲基（-CH

2

OH），可进一步缩合生成聚合物。由于在碱性条件下缩聚反应很慢，只有在微酸介质（PH 4~6）中，生成的一羟甲基脲和二羟基脲在高温下羟甲基脲怀未反应的尿素、羟甲基与羟甲基之间进行亚甲基化反应，形成各种缩聚物的中间体。反应基本上有5种形式，典型的反应有：一羟甲基脲与相邻分子胺基上的氢缩合脱水形成亚甲基键。

H 2N-CO-NHCH

2

OH+H

2

N-CO-NHCH

2

OH → H

2

N-CO-NHCH

2

NH-CO-NHCH

2

OH + H

2

O

相邻两分子的羟基甲基发生缩合形成二亚甲基醚键并放出水。

HOCH

2NH-CO-NHCH

2

OH + HOCH

2

NH-CO-NHCH

2

OH →

HOCH

2NH-CO-NHCH

2

NH-CO-NHCH

2

OH+H

2

O

相邻两分子的羟甲基发生脱水和脱甲醛反应形成甲基健：

HOCH

2NH-CO-NHCH

2

OH + HOCH

2

NH-CO-NHCH

2

OH →

HOCH

2NH-CO-NHCH

2

NH-CO-NHCH

2

OH + H

2

O

中间体形成后，进一步缩聚形成以亚甲基和二亚甲基为主体或少量以醚键连接的线型或支链型的低聚物，是各种相对分子质量的混合物，平均分子质量700左右，可溶于水，由于脲醛树脂的低聚物含有羟甲基、胺基和亚胺基等活性基团，因此，随着时间的延续还会继续反应形成更大的分子。加热或加入固化剂能加速反应的进行，最后形成体型网状结构。

二、应用糖醛理论合成Uron环结构的脲醛树脂

由于糖醛理论的发展，采用了与传统合成脲醛树脂完全不同的方法，首先在强酸介质（PH<3.0）中，使尿素与甲醛反应生成一定的数量的Uron环结构小分子，然后进一步聚合成含有Uron环链段的高分子。因为Uron环的耐水解能力好于亚甲基二脲，所以合成的脲醛树脂的交联密度，故脲醛树脂的初粘剂性较好。然而，随着脲醛树脂分中Uron环数量的增加，固化速度减慢，因此，在脲醛树脂合成时，Uron环含量控制在10%左右为宜，Uron环的含量随着反应时间的延长和温度的提高而增加，与此同时，羟甲基含量闫少，甲醛释放量低，粘接性能差。