三聚氰胺甲醛树脂及其衍生物的研究现状与应用前景_杨惊

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鞣 、填充树脂 ,其中三羟甲基三聚氰胺树脂是应用最 广的氨基树脂 。氨基树脂具有与醛鞣相似的鞣制机 理 :预聚体渗入皮内 ,随着 pH 值下降 ,预聚体在皮内 自动缩合成具有一定大小的分子 ,通过分子中活泼的 —NHCH2OH 与胶原肽链上的氨基进行缩合 ,形成共 价交联体系 ,达到鞣制的目的[2] 。同时 ,氨基树脂具 有填 充 作 用 。Braum、Aloysins 等 人[3] 运 用 GPS、IR 、 1H —NMR 、13C —NMR 等检测手段 ,发现这种树脂既具 有鞣性又具有填充性 ,可以大量填充于皮革胶原纤维 之间 ,达到使革身丰满的效果 。
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杨惊等 三聚氰胺甲醛树脂及其衍生物的研究现状与应用前景 2004. Vol. 18 ,No . 12 化工时刊
—HNH2CHN N
N NHCH2OH —
N NH CH2 NH
N
N N N N
N
HNH2CHN
NHCH2NH
N
N
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三聚氰胺甲醛树脂的改性主要是利用羟甲基上
3 在造纸工业中的应用
3. 1 用作湿增强剂 、抗水剂的原理及性能特点 由于三聚氰胺甲醛树脂内含有羟甲基 ,能在纤维
束间形成醚化结构 ,这种不同分子间的交联而产生抗 水性 ,使纸页取得增湿强度效果[6] ,故在造纸工业中 主要作湿增强剂 、抗水剂 。用作造纸工业中的主要是 三羟甲基三聚氰胺 ,但由于其稳定性 、水溶性及游离 甲醛含量均不理想且对纸张的白度和耐久性有不良 影响 ,故目前广泛使用的是改性树脂 。 3. 2 阴离子改性三聚氰胺甲醛树脂
三聚氰胺与甲醛反应生成的羟甲基有很高的反 应活性 ,若在使用前分子间发生自缩聚反应 ,生成非 线性交联分子 ,将使氨基树脂鞣剂失去鞣制作用 。因 此 ,提高三聚氰胺树脂鞣剂的贮存稳定性及水分散性 便成为此研究领域的关键问题 ,为此研究了许多改性 方法 。常用方法有 : ①将其做成粉末状阳离子树脂 ; ②加入具有缓冲作用的无机盐 (如硼酸 、磷酸盐) 或有 机碱 (如醇胺 、季铵碱) ,使其 pH 值保持稳定 ; ③使用 外分散剂 (如扩散剂 NNO 、木质素磺酸盐) ,使其在稳 定的碱性范围内贮存等[4] 。
摘要 目前对三聚氰胺甲醛树脂的研究热点是降低游离甲醛含量 、提高耐贮存稳定性和固含量 。本文分析了三聚氰 胺甲醛树脂及其衍生物的结构和性能间的相关性 ,介绍了降低游离甲醛含量 、提高树脂稳定性和固含量的途径 。并 综述了三聚氰胺甲醛树脂及其衍生物在各工业领域的研究现状 、作用机理和应用前景 。 关键词 三聚氰胺甲醛树脂 改性 复鞣剂 增湿强剂 分散剂
Key words melamine - formaldehyde resin modification retanning agent wet strengthing agent dispersing agent
三聚氰胺别名密胺 ,是重要的有机化工原料 。以 其为原料与甲醛缩聚制得的三聚氰胺甲醛树脂 (MF 树脂) 有高的反应活性和交联性 ,已广泛用作皮革复 鞣剂 、造纸湿增强剂 、抗水剂 、涂料交联剂 、织物整理 剂 、水泥减水剂等 ,具有优异的应用性能 。
聚氰胺反应[1] 、使用减压蒸馏等方法提高固含量 ; ④
加入阳离子化试剂 (如甲基二乙醇胺 、硫酸二甲酯) 得
到阳离子的改性三聚氰胺甲醛树脂 。MF 树脂及其衍
生物由于独特的反应活性 ,通过不同的工艺过程 ,得
出的产品性能差别很大 ,但它们都可以在不同的工业
中找到合适的用途 。
2 在皮革工业的应用
2. 1 应用原理及性能特点 在皮革工业中 ,三聚氰胺树脂是常用的预鞣 、复
本文阐述了三聚氰胺甲醛树脂及其衍生物在皮 革 、造纸 、涂料等行业的应用现状 ,分析了其目前存在 的问题 ,预测其将来的发展方向 。
1 三聚氰胺甲醛树脂制备及改性原理
三聚氰胺和甲醛在高温下经缩聚反应生成含 1
~6 个羟甲基的三聚氰胺线型低聚物 ,高反应活性的
羟甲基在酸性介质中很快会进一步醚化缩聚 ,形成交
丁醇醚化的三聚氰胺甲醛树脂通过本身的缩聚 反应 ,能够形成多分散性聚合物 。此树脂流动性好 , 涂面平滑亮泽且具有优良的耐油性 、耐水性 、耐候性 , 故广泛应用于高档汽车涂料中 。异丁醇来源丰富 ,价 格较低 ,性能与丁醇相同 ,因此采用异丁醇醚化 ,对扩 大树脂品种 ,降低成本有重要作用 。为了降低成本 、 提高与其他涂料的混溶性 ,市场上还有三聚氰胺脲醛 共聚树脂 、三聚氰胺苯基三聚氰胺树脂等 。
由于其低粘度和高交联活性的特点 ,该树脂从上 世纪 70 年代就被广泛使用 。甲醇改性树脂的甲氧基 化程度不一样 ,但从贮存稳定性和交联固化性来考 虑 ,完全醚化的六甲氧基甲基三聚氰胺甲醛树脂的性
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能最好 ,且它可作为一种母体合成其他具有特殊性能 的衍生物 。例如 :可将其在酸性条件下与二元醇进行 醚交换生成二元醇醚化物 ,提高交联性能并改善与树 脂的混溶性与丙烯酸反应生成甲基丙烯基氨基树脂 , 这种衍生物是种好的低温烘烤的氨基涂料和水溶性 涂料和丙烯酰胺反应后 ,在对甲苯磺酸催化下用烯丙 醇进行醚交换 ,可用于制备气干性氨基醇酸烤漆[11] 。 在用甲醇改性时必须除去水分 ,因为它能滞缓甲基化 反应 ,加快缩聚反应甚至凝胶 ,从而降低树脂的水溶 性和反应活性 。考虑到环境影响 ,目前国内外研究主 要是降低树脂中的游离甲醛含量 ,现行的方法主要有 加入甲醛中和剂和运用减压操作等[12] 。 4. 2 丁醇 、异丁醇改性三聚氰胺树脂
第 18 卷第 12 期 2004 年 12 月
化工时刊
Che mical Industry
Time s
Vol. 18 ,No . 12 Dec. 12. 2004
三聚氰胺甲醛树脂及其衍生物的 研究现状与应用前景
杨 惊 沈一丁
(陕西科技大学化学化工学院 ,陕西 咸阳 712081)
滤去 ,因此这类产品尚待改进[7] 。 3. 3 阳离子改性三聚氰胺甲醛树脂
用阳离子试剂如三乙醇胺 、二甲胺等改性的三聚 氰胺树脂具有正电性 ,能较快的被纤维吸附 ,可在较 高 pH 值下固化 ,避免了普通三聚氰胺甲醛树脂对纸 张白度和耐久性的不良影响 ,故阳离子型树脂在造纸 工业中广泛用作湿增强剂 。目前国内外这一领域主 要研究的是使用小分子醇类 ,如甲醇 、丁醇等作为醚 化剂与少量阳离子改性剂在对甲苯磺酸催化下 ,封闭 其活性基团 ,防止凝胶 ,提高产品稳定性[7] 。
近年来三聚氰胺甲醛树脂中的游离甲醛含量日 益受到各界的关注 ,降低游离甲醛含量已经成为摆在 我们面前的紧要任务 :其次此类产品在贮存过程中会 自交联成网状树脂从而失效 ,使其应用受到了很大的 限制 ,因此提高其贮存稳定性是这类产品的关键技 术 ;在做好贮存稳定性的基础上 ,提高固含量是提高 经济效益的好方法 。综上所述目前对三聚氰胺甲醛 树脂的研究热点便是降低甲醛含量 、提高耐贮存稳定 性和提高固含量 。
随着各种特种纸张需求量的加大及三聚氰胺甲 醛树脂及衍生物制备工艺的成熟 ,相信这类物质在造 纸工业中将会有更为广泛的应用 。
4 在涂料工业的应用
涂料工业中广泛应用的是低醇类物质醚化改性 后的三聚氰胺甲醛树脂 ,主要用作水性涂料交联剂 , 它作为面漆和底漆的一种原料 ,与醇酸树脂 、聚酯树 脂 、丙烯酸树脂 、环氧树脂等配制成氨基树脂使用 ,广 泛应用于汽车 、家具 、家电等行业 。关于游离甲醛超 标 、耐水性差 、耐候性不稳定 、成本较高等问题的解 决 ,三聚氰胺树脂在涂料工业中特别是汽车高档面漆 的生产中将会有更大的需求量 。 4. 1 甲醇改性三聚氰胺甲醛树脂
Abstract Rate percentage of free formaldehyde ,storing stability and solid content were studied hotly in the research field of melamine - formaldhyde resin at present . In this paper the mutuality of the structure and the function of the melam2 ing for malclhyde resin and its derivatives was analysed. The research actulity ,the action mechanism and the appliation prospect were summaried.
阳离子改性三聚氰胺树脂也广泛用作为涂布加 工纸的抗水剂 ,能赋予铜版纸 、涂布白纸板较高的湿 强度和抗湿摩擦性 ,此外还可作为纸张的热稳定剂 。
笔者近年来实践证明减少游离甲醛含量的主要 方法有 :使用低氧化能力的有机物 ,如甲酸 、过氧化氢 能使甲醛氧化成 CO2 和水 ;在树脂制备过程中加入硼 砂 、丙二醇 、亚硫酸氢钠等甲醛中和剂 ,并且使用减压 蒸馏[9] 。提高产品固含量的主要方法有 :在制备过程 中 ,尽量少引入水或过量溶剂到树脂中 ,如调酸时使 用具有缓冲能力的有机酸 ,常用冰乙酸 ;调碱时使用 浓度稍大的碱溶液 ,常用 20 %~30 %的氢氧化钠溶 液 ;减压蒸馏除去多余的溶剂如甲醇 、丁醇等 ;使用多 聚甲醛与三聚氰胺反应等[10] 。
阴离子改性三聚氰胺甲醛树脂主要是磺化三聚 氰胺树脂 ,相比之下氨基磺酸盐改性的树脂效果较 好 ,应用广泛 。该类产品可在酸性 、中性或碱性条件 下固化 ,既可在浆内添加 ,又可在涂布中配用 。目前 , 由于改性剂与甲醛反应有沉淀和结晶析出 ,并且难以
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化工时刊 2004. Vol. 18 ,No . 12 化工纵横《Co mment s & Review s in C1I1》
的反应 ,通常采用的方法是 : ①适当运用改性剂 (如低
分子醇类) 封闭活性羟甲基 ,降低其活性 ,阻止分子间
进一步缩聚 ,或在分子结构上引入亲水基团 ,提高树
脂的水溶性和贮存稳定性 ; ②加入特定的添加剂 (如
双氧水 、亚硫酸氢钠等) 降低反应过程中部分) 代替甲醛溶液与三
目前国内外主要采用三聚氰胺 、双氰胺单独或混 合与甲醛缩合制备三聚氰胺树脂鞣剂 ,并根据需要对 其进行适当改性 ,已经开发出一系列性能优良的皮化 材料 ,如双氰胺复鞣剂 RS、三聚氰胺树脂鞣剂 RN , Stale 公司的里纳坦系列选择填充性复鞣剂 、BASF 公 司的利鞣丹系列无甲醛氨基鞣剂等 。
三聚氰胺树脂鞣剂用在铬鞣轻革的复鞣 ,使成革 粒面细致 ,身骨丰满 ,增厚明显 ,增白效果好 ,具有良 好的耐光性 。而且它同其它鞣剂有很好的配伍性 。 如同植物鞣剂结合使用 ,能促进植物鞣剂的渗透和吸 收 ,增加革的耐磨性和耐候性 。若用于绒面革的复
鞣 ,则起绒效果好 。 2. 2 树脂复鞣剂的改性
目前采用最广泛 、效果最明显的办法是在不影响 鞣性的前提下 ,适当封闭羟甲基降低其活性 ,阻止分 子间进一步缩聚 ,或在分子结构上引入亲水基团提高 其水溶性 。在封闭活性羟甲基时 ,一般采用 C1~4 低 级醇醚化或含羟基化合物 (如多元酸 、羟基酸) 醚化 。 在引入亲水基团时 ,可引入磺酸基 。改性三聚氰胺甲 醛树脂上具有良好的助染性 、加脂性 、自分散性等[5] 。
联结构 ,其反应式如下 :
NH2
NHCH2OH
nN
N
NaOH + 3HCHO
N
N
H2N N NH2
HOH2CHN N NHCH2OH
收稿日期 :2004 - 09 - 20 作者简介 :杨惊 (1980~) ,男 ,硕士生 ,沈一丁 (1957~) ,男 ,教授 ,博导 ,主要从事高分子助剂及其它精细化学品的研究与开发
Research Actuality and Application Prospect of Melamine - formaldehyde Resin and the Derivatives
Yang Jing Shen Yiding
(College of Chemistry and Chemical Engineering ,Shannxi University of Science & Technology ,Shanxi Xianyang 712081)
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