化工产品设计作业

化学产品设计

课程大作业

题目：低甲醛释放胶粘剂——脲醛树脂的改性研究

学号：

姓名：班级：化工1001

1.背景及设计标准

1.1背景介绍

改革开放以来, 随着城乡人民生活水平的不断提高, 建筑装饰业不断升温, 各种建筑装饰材料应运而生。而在众多的装饰材料中, 建筑涂料以其特有的优势, 占有举足轻重的地位, 具有强劲的竞争力。建筑涂料离不开粘合剂。目前市场上使用的聚乙烯醇107 胶、改性淀粉、改性纤维素涂料因有毒、有害、质量低劣；溶剂型建筑胶粘剂如环氧树脂、丙烯酸酯类、聚醋酸乙烯酯等品种, 其强度高、耐水性好, 但会污染环境、有毒、易燃，国家已禁止生产和使用。随着环保、低碳的理念渐入人心，人们开始更加重视环保问题。在工程胶粘剂市场上，对产品的环保要求也越来越严格，工程胶粘剂生产商们都在积极寻找发展之路，努力研发、发展低毒和无毒的环保型胶粘剂。中国工程胶粘剂工业必须重点发展环保型产品。从使用环境、居住环境、地球环境及资源等方面的要求来看，发展环保型工程胶粘剂是大势所趋。

1.2设计标准

室内甲醛污染环境成为严重的社会问题，成为人类隐形杀手之一，近年来各国环保意识以及健康意识日益增强，逐步制订甲醛释放限量日趋严厉的环保法规，降低室内家具装修甲醛释放量成为现代化建筑设计行业一个热点话题。环保建筑板材与低甲醛释放建筑胶粘剂成为目前人民追求的建筑装修对象。本次设计标准是：生产一种成本低廉、工艺简单、强度高、耐水性、耐热、耐腐蚀性能良好及较高的

粘结强度的建筑胶粘剂，并且对环境无毒无害，保证最低的甲醛释放量。

2.我国建筑胶粘剂使用现状及对比

我国传统胶粘剂市场中使用最多的建筑胶粘剂有聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂（即107胶），水性聚氨酯胶粘剂，溶剂型建筑胶粘剂如环氧树脂、丙烯酸、聚醋酸乙烯，传统脲醛树脂胶粘剂等等。

聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂以其低廉的成本、很好的施工性能和适当的粘结性能，因此曾在建筑装饰工程中得到了广泛的应用, 被称为建筑上的“万能胶”。但是这种胶粘剂在生产中使用大量的甲醛, 由于这些甲醛不能完全和聚乙烯醇缩合, 有一部分仍以游离态存在于产品中, 因而其在生产和使用过程中都存在着甲醛危害的问题，故近年来聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂已经被禁用。

水性聚氨酯胶粘剂因其韧性可的调节性、粘接工艺简单、极佳的耐低温性能以及优良的稳定性等优点，广泛应用于制鞋、包装、建筑、汽车等领域，由于其优良的性能，被认为是国内最有发展潜力的胶种之一。然而聚氨酯胶粘剂是由以多异氰酸酯或其反应产物为基料而合成的，因而聚氨酯胶粘剂必含有未反应完全的或新生成的游离多异氰酸酯。尤其是在溶剂型胶粘剂固化剂中的游离T D I含量大于5%, 在有水及热量存在的条件下，T D I有可能透过薄膜迁移到包装内装物中并转变成甲苯二胺, 而甲苯二胺属于致癌物质。因而聚氨酯胶粘剂有潜在致癌物存在，不提倡使用。

溶剂型建筑胶粘剂如环氧树脂、丙烯酸、聚醋酸乙烯酯等品种,

其强度高、耐水性好, 但会污染环境、有毒、易燃, 因而影响了建筑胶粘剂的推广应用。

脲醛树脂作为一种传统的粘合剂，因其工艺简单，成本低廉，使用方便，具有良好的耐热、耐腐蚀性能及较高的粘结强度，而在人造板和木材加工及家具行业中占使用总量的80%以上，占据相当重要的地位。但就目前情况而言，传统工艺生产的产品存在耐水性，耐老化性和韧性较差的缺点，特别是在环境意识和要求日渐提高的今天，传统工艺产品在生产和使用过程中大量逸出游离甲醛，污染环境，将会严重地制约和限制该产品的使用。

因此本文主要探讨改进传统工艺技术，最大限度地降低甲醛释放量，在降低生产成本条件下，增加产品韧性及耐老化性等，克服其不足。

3.脲醛树脂基本改性介绍

脲醛树脂实际上是游离甲醛、羟甲基脲、脲醛聚合物和羟甲基化的脲醛聚合物的混合物。从理论上和应用上已经证明羟甲基脲和羟甲基化的聚合物提供了脲醛树脂对木质基材的粘接力，而聚合物部分(包括羟甲基化的脲醛聚合物和非羟甲基化的脲醛聚合物)提供了内聚力。脲醛胶制得的人造板的甲醛释放主要来自：脲醛树脂的游离甲醛;热压固化时脲醛树脂的羟甲基、亚甲基醚、半缩甲醛分解释放出的甲醛；人造板贮运，使用过程，脲醛树脂水解释放出甲醛。降低甲醛释放的根本原则就是使脲醛树脂中存在一定数量的游离尿素，让其捕获脲醛树脂制备终点时存在的游离甲醛和热固化时羟甲基和亚甲

基醚键释放的甲醛，还可以吸收人造板使用期间可能释放的甲醛。传统的脲醛树脂生产工艺采用F/U摩尔比一般为1.6～2.0，具有大量高羟甲基化的脲醛聚合物，因而有好的内聚力和粘接性能，强度好。但是该脲醛树脂具有大量游离甲醛和潜在的游离甲醛，因而甲醛释放量高。只要简单地向该脲醛树脂中加人尿素，再反应5～10min，即可降低甲醛释放量，但是游离尿素也可与脲醛树脂中的活性羟甲基起反应，限制了脲醛树脂的交联，降低其强度。实质上一种性能优良的脲醛树脂，就是在配方中平衡胶合强度和甲醛释放量，使二者同时符合相应的标准要求即可。

脲醛胶的主要原料是尿素和甲醛。国内甲醛生产绝大多数是用银触媒工艺,甲醇和空气混合在600℃下氧化,用水吸收生成甲醛溶液,商品甲醛水溶液浓度为37％。生产脲醛胶是将尿素和甲醛水溶液这两种组分，在弱碱性至中性介质中反应。经加成反应，主要生成一经甲基腮和二经甲基脲。将羟甲基化合物调至酸性，继续反应，生成缩聚产物，达到要求的缩聚度后，进行中和并冷却，终止反应。脲醛树脂的合成过程属于二级平衡反应，所有参加反应的组分在达到平衡状态后，根据反应时参数不同，总有一定数量的存在，这就是说服醛树脂胶中总会有游离甲醛。脲醛胶的甲醛释放量与制胶时加入甲醛的数量有关，过去脲醛胶的甲醛释放量非常高，人们进入人选板生产区，就会嗅到很浓的辛辣刺激气味，甚至会刺激流出眼泪鼻涕;人造板也有较重的甲醒气味。降低人造板及其制品中的甲醛释放量主要从四个方面着手：改进胶粘剂、添加能减少游离甲醛的助剂、人造板后期处理、

改进人造板生产工艺。

4.反应原理

4.1反应基本原理

脲醛树脂是由甲醛和尿素反应制得，由于其反应机理十分复杂，迄今为止对其反应过程尚未十分清楚。一般认为，脲醛树脂的形成可分为两个阶段：羟甲脲生产阶段（加成反应）和树脂化阶段（缩聚反应），加成反应与缩聚反应之间没有一个严格的界限，不是一个反应开始，另一个反应终止，而是在某种条件有利于哪种反应而已。

4.1.1 加成反应

在无论在酸性或者碱性条件下，尿素与甲醛在水溶液中，可以得到一羟甲醛和二羟甲醛。虽然在酸性条件下（PH<7)，尿素和甲醛也生产羟甲脲，但是很不稳定，今儿发生缩聚生产次甲脲或一羟甲基次甲基二脲，不利于胶粘剂的形成。故实验室小试装置以及工业生产都采用碱性截止下进行加成反应。

这是可逆反应，生产一羟甲基脲的多少取决于配方中的摩尔比（F/U) ，当12，除了生成一羟甲脲和二羟甲脲外，还生成三羟甲脲和四羟甲脲。F/U=1时，生成大量的一羟甲脲，它只能进一步缩聚形成线性聚合物，不能用作胶粘剂。