脲醛树脂制造所用的尿素与甲醛

脲醛树脂制造所用的尿素与甲醛的供应和计量脲醛树脂是人造板行业中使用的重要原料之一，对人造板的质量起着决定性的作用，而且在人造板的成本中占重要地以纤维板和刨花板为例，脲醛树脂的原料用量与木材用量之比 (质量比)约为 1：(7．5-8．5)，但由于其单价较高，因此对成本的影响分别占 25％与 45％左右。

尿素和甲醛的原料价格高低、质量好坏及计量准确与否，对人造板生产企业的经济效益及产品质量影响巨大。

1 尿素1．1 尿素的计量在讨论这个问题之前，不妨先介绍一下国外大型企业是如何解决这个问题的。

2005年美国 GP 公司曾数次派代表团到我公司进行交流。

据介绍，他们采用的是特制的火车槽车装运散装尿素，每辆椭圆形槽车下有个锥形斗。

经火车地磅过秤后，即可将尿素通过锥形斗装入螺旋输送机中，再通过斗式提升机进入工厂的锥形储斗，储斗筒形侧壁有料位监视装臵，锥部侧壁装有活塞式空气振动器，支座上装有电子秤。

向胶罐加料时，启动储斗出口的旋转给料阀，通过电子秤上显示的质量变化即可得知向胶罐中加入的尿素质量。

其优点可归纳如下。

1．1．1 采用散装尿素可降低成本采用散装尿素，不使用包装袋，也不需要人工搬运尿素，可降低成本。

国内目前尚无散装尿素，均为袋装尿素，有 40kg ／袋与 50kg／袋两种包装，包装材采用每吨包装费约为50-60元，人工装卸搬运费若以 10元／ t 计，则两者共需 60～70元／t。

一个年耗尿素 3万 t人造板生产企业，如能省下这笔开支，一年即可增加l80～2l0万元。

散装尿素的前提是要有货源，并且尿素流动性要好且无结块。

据了解，国内大型尿素装臵 (50万 t／年 )均有散装尿素库，而且由于生产稳定，各项操作指标控制严格，所以通常尿素均不结块。

但是，国内人造板生产企业一般没有进厂专用铁路线，采用上述铁路槽车有一定的困难，但可考虑采用特制的汽车槽车(或翻斗车改装 )，将尿素从散装尿素库装车后运至使用点。

附近有大型尿素装臵的人造板企业可考虑采用这个方案。

为了降低成本、减少包装袋的能耗和对环境的污染，应逐步倡导和推广散装尿素，就像推广散装水泥一样。

1．1．2 电子秤自动计量可减少误差使用电子秤自动计量，可减少人工读数误差。

但是，我国人造板生产企业大多自设树脂车间，袋装尿素进厂时虽已经过汽车地磅秤量，但在投料前一般均不再秤量，而是通过加料斗中所加入的尿素袋数，估算出所加尿素的质量，这就存在着许多误差。

国内只有少数厂家的尿素加料斗、甲醛计量罐或制胶罐支座上安装有电子秤，对尿素或甲醛投料的准确计量颇为有益，这个办法今后应推广使用1．2 尿素的质量指标 1．2．1 尿素纯度与水分脲醛树脂的质量对纤维板的各项质量指标，特别是甲醛释放量具有决定性的作用。

为了降低纤维板中甲醛的释放量，需要采取多种措施，其中最有效的手段就是降低脲醛树脂中甲醛与尿素的 n(F)m(U) 比值。

但n(F)／n(U)比值的降低也是有限度的，过低的 -(F)m(U)比值会导致树脂不能很好地交联成网状结构，从而使人造板的胶合强度下降，同时会产生树脂储存时间短和固化时间长等不良后果。

n(F) (U) 比值的细微变化均会导致树脂质量较大的波动，从而影响板材的质量。

在 n(F)／n(u)比值较低的胶水中川(F)／n(U)比值的准确性就显得非常重要。

脲醛树脂的原料是尿素和甲醛，甲醛较易测定，一般均根据所测定的浓度调整投料量。

要控制 n(F) (u)比值，除甲醛外，还必须了解尿素的纯度。

但尿素包装袋上印制的含氮量并不能反映尿素的纯度。

首先，尿素中的杂质缩二脲及亚甲基二脲均含氮；其次，尿素含氮量是按干基折算的，当含水较多时，就与实物含氮量有较大的差别。

但很多人并不了解这一点，往往被包装袋上印制的含氮量所迷惑，以为含氮≥46％，尿素纯度就≥98．56％(实物含氮量／理论含氮量-46~6．67)，实际上扣除水分及其它杂质后，尿素的纯度就大打折扣了。

另外要说明的是，一些用甲醛处理的包膜缓效尿素，往往含有较多的亚甲基二脲。

人们经常可以看到包装袋内的尿素结成像冰一样的硬块，根据笔者的经验，其水分含量至少在 2％或更多。

如果包装袋未破损，则其水分只能推断为尿素生产过程中所带来的，而不是在储存过程中所产生的。

也就足说 50kg一袋的尿素实际只含 49 或更少些，即实际尿素价格已上涨了 2％。

一个年耗尿素 3万t的人造板企业，一年内可能多开支一百多万元向尿素生产厂家购买水分。

对结块严重的尿素，投料时还必须额外消耗人工将结块进行破碎处理，以免卡住加料斗。

即使这样，还难免结块尿素人釜，造成反应过程中局部尿素浓度过高，导致局部物料配比失控。

当然尿素堆放过久也会有结块现象，但如果水分不超标，其结块一拍即散，说明只是表面受压粘接，与上述情况完全不同。

l-2．2 缩二脲据研究，在制备低 n(F)／n(U)比值的脲醛树脂，若缩二脲含量大于 l％时，则树脂在贮存过程中羟甲基含量会明显降低lI1，从而影响其粘接性能。

在生产中还可以看到，在制造低 n(F)／n(U)比值的 E1级脲醛树脂过程中，若缩二脲 >1％时，除具有上述情况外，所制得的脲醛树脂稳定性差，存放 1d就有少许白色沉淀物产生。

1．3 尿素的定点供应由于人造板生产企业化验力量有限，尿素的质量想通过化验把关并不容易。

尿素含氮量及缩二脲含量分析要使用特定仪器，即使尿素中的水分含量也要采用卡尔〃费休法测定(不能简单采用烘干法测定)；另外，还要培养训练有素的化验员。

在实验室中很容易控制的 n(F)／n(U)比值，到了工业化大生产中却成了一个工程问题。

如何保证投料时尿素计量的准确性，从而正确控制 n(F) (U)比值值得进一步探讨。

我国虽是一个尿素的生产大国，但尿素生产企业众多，其工艺流程、生产规模及管理水平差别甚大。

严格来说，脲醛树脂应采用工业级尿素，根据 GB2440—2001标准中的相关规定，工业一级品尿素中含氮量≥463％，缩二脲 40．9％，水中不溶物≤ 0．01％，游离氨 40．02％，铁 40．0005％，水分 40．5％，这是比较合适的。

但国内 99％以上的尿素均为农用尿素，生产工业级尿素需要特设的流程来保证质量指标，价格也相对提高。

因而通常只选用农用尿素一级品或优级品，其缩二脲含量分别为≤1．0％与 0．9％ (详见 GB2440—2001)。

但由于国内中小尿素生产企业的管理与自控水平不高、生产不稳定且波动大，包装袋上印制的含氮量、质量及产品等级等指标不一定与袋内实物相符合。

那么如何来保证尿素的质量呢?笔者建议，在中国特定的条件下，可考虑采用购买名牌产品的办法，定点供应，即尽可能选用大装臵 (单套≥50万 t／年 ) 生产的尿素，其理由如下所述。

(1)尿素中的缩二脲主要是在尿素蒸发过程中产生，2分子尿素在高温下缩合成 1分子缩二脲并放出 1分子氨。

尿素生产的最后一个工序，是将浓度为 74％的尿液在高温 (130-138℃)及高真空 (3~10kPa)下连续蒸发浓缩到 99．7％的浓度，然后在造粒塔高空喷洒而出，冷却造粒。

其蒸发温度、压力及浓度正好适合缩二脲的生成，因而尿素中含有缩二脲是不可避免的。

但在连续蒸发的过程中，停留时间愈短，缩二脲的含量就愈低；而对产量低的生产装臵而言，由于尿液在蒸发过程中停留时间较长，因此缩二脲的含量就较高、游离氨的含量也可能较高。

而采用日本改良 C法生产的结晶尿素(沸腾干燥脱水 )，因其生产工艺流程特殊，所得尿素中缩二脲含量大幅下降(≤0．5％)，但国内很少有这样的生产企业。

(2)尿素中的水分也受制于尿素蒸发过程。

大型尿素生产装臵由于自控精度高、温度及真空度波动较小，所以生产相对较稳定，因而较能保证水分不超标 (≤0．5％)；而中小尿素生产装臵难免有蒸发温度及真空度的波动，其水分必然经常超标，难以稳定，这对农用而言也许无害，但工业用却未必合适。

(3)以天然气为原料的大型尿素生产装臵，其原料天然气成分相对较均匀、杂质较少，因而尿素中其它杂质(如硫酸盐 )也就能控制在较低的水平。

(4)从袋装尿素的计量准确性来说，自控程度高的自动包装机可做到每袋包装质量误差为±0．4％，但也有不少企业每袋包装质量误差为±1％(通常正偏差较少，而负偏差较多)。

如果袋装计量误差为一1％，水分误差为一2％那么实际投料比就会比所要求的投料比有一3％的出入，这对 n(F)／n(U)比值的控制带来了难以容忍的不确定性。

2 甲醛2．1 甲醛的供应国内人造板生产企业所用的甲醛均为含甲醛37％的水溶液。

考虑到运输成本，含水 63％的甲醛溶液长途运输并不经济。

因此很多人造板生产企业外购甲醇、自制甲醛，造成甲醛生产企业布点分散、规模偏小，为节省投资都采用银法工艺。

由甲醇制备甲醛只有一步氧化反应，工艺并不复杂，但利润率却很高，通常 2-3年即可收回投资。

由于甲醛生产属于化工行业，而某些人造板生产企业的领导，对危险性较大的化工生产望而生畏，于是往往将甲醛厂包给别人，不但损失了一大块利润，而且原料质量不一定能得到保证。

2006年 8-11月及 2007年 9-10月，由于种种原因造成甲醛价格从 1600元／t涨至 2100元／t，很多不自产甲醛的人造板企业大吃苦头，短短几个月就损失了数百万元。

国外情况则有所不同，他们认为各厂自制的甲醛并不是最佳选择。

一些大公司采用甲醇消耗定额较低的铁钼法工艺生产甲醛。

为了保证安全和降低运输费用，他们一般不向人造板生产企业出售甲醛水溶液，而是出售浓度为 85％的脲醛预缩液，所以要求甲醛浓度不是 37％而是 50％。

一个 10万 t／年甲(37％)的生产企业，铁钼法比银法工艺可减少甲醇消耗约 2000t／年 (600万元／年 )，同时副产的高压蒸汽还有较高的利用价值。

2．2 甲醛的计量在计量方面，通常装运甲醛的汽车槽车是通过地磅秤量的。

然而从甲醛贮罐向制胶罐投料时，除少数厂家通过胶罐支座上的电子秤计量外，多数厂家是从计量槽液位臵读出加料体积数。

而该体积不仅与当时的气温有关，还与读数人员的位臵、标尺精度等有关，因而计量误差较大。

对安装电子秤有困难的企业，不妨可在甲醛管道上加装精度较高的、数字显示的电磁流量计(蜗街、蜗轮电磁流量计)，从而读出瞬时流量与累积量以供复核。

2．3 甲醛的质量指标在甲醛质量指标的控制方面，除甲醛浓度外，就是甲醇、酸及铁离子的含量。

过去因为转化率较低，甲醛水溶液中往往含有 6％-12％的甲醇。

随着技术的不断进步，甲醛转化率不断提高，甲醛水溶液中的甲醇含量可降至0．5％左右。

但是，为了避免气温较低时甲醛在贮存或运输过程中的自聚，有些企业根据气温高低的不同，要求甲醛中必须添加一定量的甲醇，以延长树脂的贮存期。

但当甲醇含量提高时，反应速率会降低。