脲醛树脂固化原理和条件

脲醛树脂固化原理和条件

脲醛树脂胶中存在游离甲醛,加入固化剂氯化铵即与脲醛树脂中游离醛发生反应,氯化铵与水反应及氯化铵热分解分别放出盐酸,以上3个反应为可逆反应。使脲醛树脂胶pH值迅速下降,实现弱酸固化,分子量逐渐增大,最后形成体型网

状结构树脂。

1脲醛树脂胶固化时间影响因素

1.1脲醛树脂胶固化温度和湿度

(1)调制后脲醛树脂的固化时间与环境温度、热压温度有关。环境温度越高,生活力越短,固化时间越短,反之亦然。其原因从反应机理得知温度会影响胶液

pH值降低的速度,从而影响胶液的活性期及脲醛树脂胶固化时间。为此,在不同

生产季节应考虑选择不同种类及不同量的固化剂,以提高胶合质量。当氯化铵溶液加入量小于3%时,固化时间迅速缩短。此外,在热压工艺中热压温度对固化时

间也会造成一定的影响,调胶后若固化时间较长可适当提高热压温度,加速树脂

固化,缩短生产周期。反之,若调胶后固化时间过短,可适当降低热压温度,以防

脲醛树脂提前固化而影响产品质量。但热压温度过高易造成板坯局部提前固化

而引起分层鼓泡；而热压温度过低,热传递效率降低延长固化时间,导致板中水

分过多。固化不全,同样会产生分层鼓泡。

(2)操作环境湿度大,固化速度慢。其原因在环境湿度大的条件下,加速胶液中羟甲基团及次甲基醚键水解速度而放出甲醛,有碍于树脂固化,因而延长了固

化时间。

1.2脲醛树脂原胶及木材pH值

(1)脲醛树脂胶pH值。脲醛树脂胶为酸固化胶种,脲醛树脂加固化剂量弱酸性(pH4.5~6)条件下,对人造板胶合强度最为理想,且缩短胶凝时间。随着原胶

pH值升高延长了固化时间。固化后胶层pH值过低或过高都不利胶层固化。若

胶层pH 3.5,虽反应激烈能加速固化,但胶层易老化。若pH值5时,胶层固化不

完全。在脲醛树脂中,pH值决定着反应机理和反应速度,由于在树脂液中存在游

离醛,脲的反应活性点及羟甲基等使固化时间与pH值成一定的线性关系。不同

pH值的胶液具有不同脲醛反应的活化能,活化能愈小则反应愈易进行。在偏酸

性条件下,pH值低的胶液其活化能较低,缩合反应易于进行,则固化时间也较短。

(2)木材pH值和碱缓冲容量。木材中的酸性物质会促进脲醛树脂固化,而碱性物质则不利脲醛树脂固化。但绝大多数树种木材属于酸性物质,pH值在4~6

之间,总缓冲容量为0.146mmol,但大青杨、春榆、色木、家榆等树种木材属碱

性物质,pH值偏高,特别是pH值和碱缓冲能力均高的树种会降低脲醛树脂固化

速度,延长固化时间,须增大固化剂用量或适当延长热压时间。碱性树种木材易

造成延缓固化和固化不完全而引起分层,而酸性木材易提前固化易产生分层鼓泡。固化时间随着木材pH值和碱缓冲容量减少而缩短。反之亦然。即使同一树种,

因心材与边材pH值不同,其固化时间也不同。如杨木心材pH值大于边材pH值,心材较边材固化时间为长。热压后心材板坯常发生开胶现象。由于心材与酸性

固化剂起中和反应,降低了胶液酸性,致使减缓胶液固化速度或阻止固化,固化难以形成网状交联结构,降低胶结合强度,使板坯易于开胶。

1.3脲醛树脂原胶的树脂分子量、固含量及粘度

脲醛树脂胶分子量大、因含量高、粘度大,则适用期短,胶凝时间短。这与

脲醛树脂的摩尔比,反应温度、反应时间及脱水量有关。原胶的粘度大,反映了

树脂反应时间长,脱水量多,反应温度低。固含量高,则反映了树脂反应时间长,

脱水量多,摩尔比低。树脂分子量大,则反映了树脂反应温度高,反应时间短。

1.4脲醛树脂胶游离醛含量

游离醛含量既加速树脂胶中羟甲基团及次甲基醚键水解速度,有碍于脲醛树脂的固化。同时,脲醛树脂加入氯化铵固化剂后,需要有足够游离甲醛与氯化铵

起反应才能加速固化,缩短固化时间。但一般游离醛含量高有利于树脂的固化,

但若游离醛含量过高,既影响粘结强度,又造成环境污染。游离醛含量过低,又会延长固化时间。而游离醛含量高低,除与反应速度、脱水与否有关外,主要取决

于摩尔比高低。摩尔比高,则游离甲醛含量亦高,适用期短,固化时间亦短。

1.5脲醛树脂固化剂种类和加入量

脲醛树脂固化剂种类繁多,但以氯化铵应用最为广泛,具有价格低廉,水溶性好,无毒无味,使用方便等特点。但若采用多组份固化剂,使夏季可延长树脂的适用期,冬季可加速树脂的固化。常在氯化铵中适当配合些浓盐酸、尿素、三聚氢铵、六次甲基四胺等化合物,也可由硫酸羟胺、水、尿素、氯化铵等或由过硫酸铵、氨、水等组成复合性固化剂。既可使树脂迅速固化,又可使脲醛胶达到令人满意的适用性。若采用潜伏性固化剂,既无早期固化的危险,加热时还可加速固化,使用效果良好。

2控制适宜脲醛树脂胶固化时间

(1)气温对脲醛树脂胶的胶凝时间影响十分显著,为此,应随不同季节变更固化剂的品种及用量,以确保脲醛树脂适宜的胶凝时间(见表1)。

表一不同温度变更氯化铵溶液用量(浓度20%)

温度(℃)20 25 30 35

固化剂用量(%)6.0 3.5 2.0 1.0

夏季可参照表1,随温度升高适当减少氯化铵用量。冬季可采用硫酸羟胺、氯化铵、尿素、水组成或由过硫酸铵、氨、水组成的复合固化剂,更便于迅速固化。

(2)对湿度低的地区或季节,脲醛树脂固化速度快需少加固化剂量。反之,对湿度高的地区或季节,固化速度慢时宜多加固化剂量,以便提高生产效率。

(3)脲醛树脂胶pH值应控制在pH 7~8.5范围内,这样可便于调胶的控制。

(4)调整热压工艺。冬季为了缩短固化时间,可从改变热压工艺着手,提高热压温度,延长热压时间,加速脲醛树脂固化,缩短生产周期。

(5)调整制胶工艺。脲醛树脂胶冬季粘度可略高于夏季粘度。