影响脲醛树脂固化的主要因素

影响脲醛树脂固化的主要因素

脲醛树脂胶调制是在加入一定数量的固化剂后确保脲醛胶的活性期大于从调胶至热压这段时间,并使所有胶层在热压时间内完成固化,保证人造板的胶合质量,同时尽可能缩短热压周期,减少能源消耗,提高生产率。脲醛树脂添加固化剂后粘度显著增长直至凝胶,这段时间即为树脂适用期,以分表示。而适用期一段为胶凝时间的80%。胶凝时间测定法有2种:①手工测定法。只须使用恒温水浴、玻璃棒等极为简单化验设备。②凝胶计时仪法。胶凝时间既与固含量、粘度、游离醛含量及聚合度等树脂质量指标有关,又与环境温度、湿度等外界条件有关。尽管调胶时原胶质量及外界条件有所不同,只须在树脂胶添加不同种类和不同量固化剂,使达到能满足各种人造板生产需要的胶凝时间。

1 固化机理

固化剂以氯化铵为例试加说明:

树脂胶中存在游离甲醛,加入固化剂氯化铵即与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。

2 胶凝时间影响因素

温度和湿度

(1)调制后脲醛树脂的胶凝时间与环境温度、热压温度有关。环境温度越高,生活力越短,胶凝时间越短,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胶凝时间。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,胶凝时间迅速缩短。此外,在热压工艺中热压温度对胶凝时间也会造成一定的影响,调胶后若胶凝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,若调胶后胶凝时间过短,可适当降低热压温度,以防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,因而延长了胶凝时间。

原胶及木材pH值

(1) 原胶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～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值升高延长了胶凝时间。固化后胶层pH值过低或过高都不利胶层固化。若胶层pH<,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胶凝时间与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,则胶凝时间也较短。

(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,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,延长胶凝时间,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。胶凝时间随着木材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,其胶凝时间也不同。如杨木心材pH值大于边材pH值,心材较边材胶凝时间为长。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。

原胶的树脂分子量、固含量及粘度

原胶分子量大、因含量高、粘度大,则适用期短,胶凝时间短。这与树脂的摩尔比,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。

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,有碍于树脂的胶凝和固化。同时,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,缩短胶凝时间。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,又会延长胶凝时间。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,胶凝时间亦短。

固化剂种类和加入量

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,又可使树脂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。

3 控制适宜胶凝时间

(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)。

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,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～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。