脲醛树脂的合成与应用实验报告

脲醛树脂的合成与应用

一）实验目的

1）学习脲醛树脂的合成原理及方法；

2）了解脲醛树脂的应用。

二）实验原理

脲醛树脂简介

商品名Beetle。又称尿素甲醛树脂，简称UF，平均分子量约10000。尿素与37%甲醛水溶液在酸或碱的催化下可缩聚得到线性脲醛低聚物，工业上以碱作催化剂，95℃左右反应，甲醛/尿素之摩尔比为1.5～2.0，以保证树脂能固化。反应第一步生成一和二羟甲基脲，然后羟甲基与氨基进一步缩合，得到可溶性树脂，如果用酸催化，易导致凝胶。产物需在中性条件下才能贮存。线性脲醛树脂以氯化铵为固化剂时可在室温固化。模塑粉则在130～160℃加热固化，促进剂如硫酸锌、磷酸三甲酯、草酸二乙酯等可加速固化过程。脲醛树脂主要用于制造模压塑料，制造日用生活品和电器零件，还可作板材粘合剂、纸和织物的浆料、贴面板、建筑装饰板等。由于其色浅和易于着色，制品往往色彩丰富瑰丽。

脲醛树脂成本低廉，颜色浅，硬度高，耐油，抗霉，有较好的绝缘性和耐温性，但耐候性和耐水性较差。它是开发较早的热固性树脂

之一。1924年，英国氰氨公司研制，1928年始出售产品，30年代中期产量达千吨，80年代世界年产量已超过1.5Mt。

制作塑料制品所用的脲醛树脂的数量仅占总产量的10%左右。在甲醛与尿素的摩尔比较低的情况下制得的脲醛树脂，与填料（纸浆、木粉）、色料、润滑剂、固化剂、稳定剂（六亚甲基四胺、碳酸铵）、增塑剂（脲或硫脲）等组分混合，再经过干燥、粉碎、球磨、过筛，即得脲醛压塑粉。压制脲醛塑料的温度140～150℃、压力25～35MPa，压制时间依制品的厚度而异，一般为10～60min。塑料制品主要是电气照明设备和电话零件等。

脲醛树脂一般为水溶性树脂，较易固化，固化后的树脂无毒、无色、耐光性好，长期使用不变色，热成型时也不变色，可加入各种着色剂以制备各种色泽鲜艳的制品。

脲醛树脂坚硬，耐刮伤，耐弱酸弱碱及油脂等介质，价格便宜，具有一定的韧性，但它易于吸水，因而耐水性和电性能较差，耐热性也不高。

脲醛树脂合成机理比较复杂，一般认为分以下两步进行：

1)反应物为初期中间体尿素和甲醛在中性或微碱性介质中生成较稳

定的一羟甲基脲、二羟甲基脲等：

2)缩聚反应(树脂化)羟甲基脲中含有活泼的羟甲基，可进一步缩合生成聚合物．由于碱性条件下缩聚反应很慢，所以调节在微酸介质中，羟甲基脲和未反应的尿素、羟甲基与羟甲基之间进行亚甲基化反应，典型的反应有

还有甲醛和亚氨基之间的缩合，可生成低交联度的线型脲醛树脂，加热或加入固化剂能加速

反应的进行，羟甲基和氨基能进一步缩合，交联成体型网状结构。

三）实验步骤及现象

2)加入尿素5 g，，按2：1质量比，分二

次投料，慢慢加入第一批尿素溶液，等全部溶解后，缓慢升温到70℃，反应l5min．保温结束后，加入第二批尿素溶液，缓慢升温到90℃，保温反应

30 min，则加成反应结束．呈现粘稠

乳白色悬浮液。尿素在溶液中缓慢溶解，第二批尿素溶解速率大于第一批尿素；

至大约90度时，溶液渐变为白色悬浮液；

3）把白色悬浮液倒入纸杯中，加入5g填料，充分搅拌均匀填料充分浸润、分散；混合物粘稠度变高；

4)加入2mL磷酸，搅拌均匀后，静置10min，得到均匀的固体。加入磷酸后，混合物起泡；静置10分钟后呈固态

四）实验思考

1.制备脲醛树脂分几步进行？各步所要求的条件有何不同？

答：脲醛树脂是由尿素和甲醛经缩聚反应而成。主要分两步：第一步是亲核加成反应：即在中性或微碱性条件下，尿素与甲醛反应生成各种羟甲基脲的混合物：

一羟基脲

二羟基脲

第二步是缩合反应：即在酸性条件下加热第一步的产物，使其分子间缩水成线型产物。即：

缩合反应(失水)既可以发生在亚氨基和羟甲基之间、羟甲基和羟甲基之间、又可以发生在甲醛和两个亚氨基之间。

2.为什么在脲醛树脂合成过程中第一步反应的PH值不能超过8？答：如果PH值超过8，则这时甲醛分子间能发生坎尼查罗(Cannizzaro)反应，即一分子甲醛被还原成甲醇，另一分子甲醛被氧化成甲酸。

3.制备脲醛树脂时，尿素与甲醛的用量配比怎样才算合适？尿素为什么要分两次加入反应体系中？

答：尿素与甲醛的用量以1：1.6-2.0(摩尔比)为宜。尿素可以一次加入，但分两次加效果更佳。因为这样就可以使甲醛有更多的机会和尿素反应，可以大大减少树脂中游离的甲醛。尿素加入时，由于溶解吸热，可使反应温度降低5-10 0C，为了使反应液维持一定的温度，需要慢慢地加入尿素。

4.你如何判断脲醛树脂合成反应的终点？

答：判断脲醛树脂反应的终点，可采用下列三种方法之一：

(1)用玻璃棒沾取树脂，让其自然流下，最后两滴迟迟不掉，液滴滴

下时，丝状物缩回棒上；

(2)用吸管吸取少量树脂，滴入盛有清水的小烧杯中，树脂逐渐扩散

为云雾状，并徐徐降至底部不生成沉淀，水也不浑；

(3)取少量树脂滴在拇指或食指上，两指不断张合，在一分钟内觉得

有一定粘度。

5.当脲醛树脂的合成至终点时，为什么要用NaOH溶液调至反应混合液的PH为7 ？

答：因为脲醛树脂的合成至终点时，溶液的酸度较大。而在酸性条件下，脲醛树脂会进一步缩聚，最终形成网状体型结构的固化物，即冻胶，而降低其粘合能力。

6.使用脲醛树脂胶接时，为什么要加固化剂？常用的固化剂有哪些？加入固化剂的量为什么要适当？

答：使用脲醛树脂胶接时，加入固化剂可吸收树脂中少量的水，使已经涂树脂的两部分材料牢固地与树脂粘在一起。常用的固化剂

有：氯化铵、硝酸铵、硫酸铵等。其中以氯化铵和硫酸铵效果为好。加入的固化剂要适量，在室温下，一般树脂与固化剂的重量比为100：0.5-1.2为宜。用量过多，胶质较脆；过少，则固化时间太长。

7.树脂的固化速度与哪些因素有关？

答：固化速度取决固化剂的性质、用量和固化温度。