三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂的研究进展

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Zanetti 在 [11] 三聚氰胺脲醛树脂胶粘剂配方中添加缓 冲剂和添加剂,以此来提高胶的性能,并减少甲醛的含 量。尿素含量高可以获得更好的耐蒸煮性能。这是因为 尿素的存在提供了更多的伯胺基,起到缓冲的作用。直 接添加缓冲剂六次甲基四胺硫酸盐,也能获得性能良好 且甲醛含量低的胶粘剂。Colak 为 [12] 了解决三聚氰胺含量 高带来的成本高的问题,在三聚氰胺含量较低的胶中, 分 别 添 加 2种 不 同 的 固 化 剂 ( 根 据 欧 洲 标 准 EN 312- 5),比较分析对刨花板性能的影响。实验表明,样品的 垂直拉伸强度明显增强,吸水厚度膨胀率降低,游离甲 醛和挥发性酸的释放量也都减少了。Astrid 介 [13] 绍了一种 新型的双组分胶粘剂。其中组分Ⅰ为三聚氰胺甲醛树 脂、有机/无机填充剂、添加剂以及水,组分Ⅱ为水溶性 胶、聚乙烯醇、增稠剂、甲醛捕集剂。其中三聚氰胺是 最 合 适 的 甲 醛 捕 集 剂 , 其 最 佳 质 量 分 数 为10 %~4 0 %。 组 分 中 还 需 加 入 一 定 量 的 酸 ( 如 蚁 酸 ) 来 调 节pH值 , 使 其范围为9~11。组分 Ⅰ与组分Ⅱ 的比例为n(Ⅰ )∶n (Ⅱ)=1∶0.5~1∶1.5(1∶0.8~1∶1.2最佳)。
一些研究也将三聚氰胺与聚乙烯醇、苯酚、戊二醛 等相配合,或用其改性三聚氰胺脲醛树脂来改善性能。 曹晓玲[18]利用三聚氰胺和聚乙烯醇改性脲醛树脂胶。实验 中n甲醛∶n尿素=1.4∶1,聚乙烯醇和三聚氰胺分次加入,用 量 分 别 为 尿 素 总 量 的 1. 5%和 4%。 这 种 新 型 胶 可 节 约 能 源损耗,降低生产成本。高振忠[19]则用苯酚与三聚氰胺制 备苯酚-三聚氰胺-尿素-甲醛(PMUF)树脂胶粘剂。考 虑各原料及氢氧化钠的用量对PMUF树脂胶粘剂性能的影 响 , 采 用DSC和 13C-NMR对 其 进 行 表 征 , 结 果 表 明 , 当 n甲 醛 ∶ n苯 酚 ∶ n尿 素 ∶ n氢 氧 化 钠 =3.1∶ 1.0∶ 0.7∶ 0.3∶ 0.5, pH值 为11.5时 , 能 制 得 低 毒 、 低 成 本 、 高 性 能 的 胶 粘 剂 。 黏 度 可 以 达 到110 mPa·s, 固 含 量49 .6 %, 游 离 甲 醛 量 0. 21%, 胶 合 强 度 1.06 MPa, 贮 存 期60 d, 适 用 于 室外环境的木材加工 。国外也有类似的研究 。Mamiń ski[20]尝试用戊二醛改性三聚氰胺脲醛树脂来提高耐沸水 性,同时能提高其剪切强度,当戊二醛质量为总用量的 9%时,剪切强度提高了90%。二醛等活性成分的引入强 化了胶层附近的木板层。这是因为,当戊二醛用量小于 总用量的6%时,其中的五碳链是作为交联剂和硬化剂; 当大于这个值时,却是作为增塑剂。在这个过程中戊二 醛话:0710-3626888-8076 传真:0710-3820811 E-mail:zhanjzz@263.net
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学术论文
ACADEMIC PAPER 综述
氨基与尿素中羟甲基的共缩聚反应,固化温度得到明显 的提高[10]。使三聚氰胺脲醛树脂能在更高的温度下反应, 热稳定性更好。
收稿日期:2010-06-07 作者简介:陈耀(1985-),女,在读研究生。Email:cchenyao1226@163.com。
三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂的研究进展
陈耀,胡孝勇,张银钟 (广西工学院生物与化学工程系,广 西 柳 州 545006)
摘要:三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂具有比脲醛树脂胶粘剂更好的耐水性、耐热性及稳定 性,并能减少游离甲醛的含量,已成为木材加工业的重要用胶。本文主要从发展概况、合成机 理、合成工艺和应用等几个方面,介绍了三聚氰胺脲醛树脂胶粘剂的研究进展,并对其发展前景 进行了展望。
合形成柔性较大的醚键,也改善了产品的耐沸水性。杜 官本[16]在三聚氰胺脲醛树脂合成中将原料分批次加入,甲 醛一次性加入而尿素和三聚氰胺分批次加入。这种制备 方法制得的胶能很好地应用于人造板及胶合木等木材加 工制品,也可用于浸渍纸的生产。蒋兴兵[17]将液体三聚氰 胺脲醛树脂胶在80 ℃时喷雾干燥,制成粉状,很方便地 解决了液体胶容易引发变形、起翘、开裂等问题。
2 三聚氰胺-脲醛树脂合成原理研究
2.1 提高耐水性 脲醛树脂在合成的过程中,产生大量的亲水基团, 如 —OH— 、 —NH— 、 —NH2—、 —CONH— 等 。 这 些 基 团的存在,是导致脲醛树脂耐水性能不佳的直接原因。 三聚氰胺能提高其耐水性原因有三[7]:一是能与脲醛树脂
中 的 羟 甲 基 脲 反 应 , 使 —OH和 —CONH— 基 团 减 少 ; 二 是三聚氰胺的环状结构,能有效地与脲醛树脂交联,形 成 三 维 网 状 结 构, 对一部分亲水基团(如 —CH2OH— )起 到 了封闭作用;三是三聚氰胺具有弱碱性,能起到缓冲作 用,抑制pH的降低,从而一定程度上防止和减缓酰胺基 的水解。但是耐水性的高低受尿素/甲醛(F/U)物质量比 和三聚氰胺含量的影响。一般来说,三聚氰胺的含量具 有一个最佳值,超过这个值耐水效果会降低,这是因为 高 比 例 的 F/ U和 高 含 量 的 三 聚 氰 胺 能 产 生 较 多 的 分 支 结 构,从而携带更多的羟甲基基团。且高比例的F/U能促使 醚或乙醚与脲醛树脂发生交联反应,这个反应是可逆 的,能引发羟甲基脲的生成[8],使耐水性降低。
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质水泥模板用三聚氰胺脲醛树脂胶,三聚氰胺用量为尿 素用量的5%~7%,游离甲醛含量在0.2%以下,能取代 价格较高的酚醛树脂胶。既保证了木质水泥板的使用性 能,也能降低制造成本。
4 三聚氰胺脲醛树脂胶粘剂的应用
三聚氰胺脲醛树脂胶粘剂主要用于木材加工业中防 潮和防水人造板材的制造。日本的小野 发 [20] 明了一种用于 无味木板的胶粘剂。这种胶是由多种原料复合而成,其 中包括某种醇改性的三聚氰胺树脂粉末。这种胶最大的 特点是能减少甲醛在木板中的分散和渗透,能制造出无 味型木板 。史志华 发 [22] 明了一种三聚氰胺改性脲醛树脂 胶,性能稳定、胶接强度高、固化时间短,并控制游离 甲醛含量在合适的范围,是适合制造E0、E1级纤维板的 用 胶 。 陈 斌 将 [23] 三 聚 氰 胺 脲 醛 树 脂 胶 1#替 代 酚 醛 树 脂 胶,用于混凝土模板。近期有专利[24]介绍了一种改进的木
林武涛 对 [14] 三聚氰胺改性脲醛树脂胶的工艺因素进 行了探讨,包括反应温度、pH值、聚乙烯醇的含量、甲 醛尿素比例、三聚氰胺的用量等。通过对游离甲醛含 量、固含量、耐水性和黏度的测试,证实了聚乙烯醇和 三聚氰胺的加入均能降低胶液中游离甲醛含量。合适的 工艺条件是,反应温度80 ℃,pH值为5.0,甲醛尿素比 例为n甲醛∶n尿素=1.6∶1,三聚氰胺用量为总量的10%时, 胶液综合性能优异。闫文涛[15]通过在三聚氰胺脲醛树脂合 成的后期加入改性剂,如三聚氰胺、苯酚、尿素、纤维 素醚等。改性剂的加入给缩聚体系引入了苯环和醚,反 应掉更多的羟甲基基团从而提高了耐水性。酚羟基的缩
5 结语
三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂虽已成为木材加工行 业的良好用胶,但如何降低游离甲醛含量仍是研究的课 题之一。另外,应当突破木材加工领域的限制,寻求更 广的发展空间。
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2.4 提高稳定性 脲醛树脂的稳定性受合成工艺、缩聚物的分子结构 及pH 值的影响。三聚氰胺主要起缓冲作用,防止或减缓 脲醛树脂贮存过程中体系pH值的降低,维持其稳定性。
3 三聚氰胺-脲醛树脂胶粘剂合成工艺研究
三聚氰胺-脲醛树脂胶粘剂合成的主要影响因素有: 甲 醛 与 脲 醛 的 比 例 、 三 聚 氰 胺 的 含 量 、 pH值 、 反 应 温 度、添加剂、缓冲剂等。
1 发展概况
三 聚 氰 胺 树 脂 的 研 究 始 于 1938年 , 瑞 士 的 Gwidmer博士用三聚氰胺与甲醛合成了三聚氰胺甲醛树 脂,并在1939年实现了产业化 。 [3] 20世纪40年代,美、 日等国家相继开展了三聚氰胺改性脲醛树脂胶粘剂的研 究 。 [4,5] 我国的研究始于80年代,后来相继研究成功用于 刨花板和中低密度板的三聚氰胺脲醛树脂胶粘剂,性能 可与国外同类产品媲美 。 [6] 目前,国内外产品都已实现了 产业化并形成自己的标准。
关键词:三聚氰胺;脲醛树脂;胶粘剂;耐水性;耐热性;游离甲醛 中 图 分 类 号 :TQ 4 3 3 . 4 + 31 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1 0 0 1 - 5 9 2 2(2 0 1 0)1 2 - 0 0 7 7- 0 3
脲醛树脂胶粘剂,是由尿素与甲醛合成的一种氨基 树脂胶,是一种传统的木材粘接用胶[1]。但脲醛树脂存在 耐水性、耐候性、耐老化性不佳,游离甲醛含量高等缺 点。三聚氰胺改性脲醛树脂是将三聚氰胺加入到脲醛树 脂中,不仅能改善其耐水性,也能作为一种良好的甲醛 捕集剂[2],降低脲醛树脂中游离甲醛含量。
2.2 降低游离甲醛含量 脲醛树脂中游离甲醛的释放主要来自3个方面:脲醛 树脂合成过程中剩余的甲醛;羟甲基与甲醛在水解降解 过程中的共缩聚反应;亚甲基胺交联反应的可逆性能促 进水解。三聚氰胺与尿素同属于氨类化合物,在脲醛树 脂的加成反应过程中,能结合一部分甲醛生成羟甲基脲 (—NH—CH2OH)。在碱性条件下,能与甲醛生产羟甲 基三聚氰胺,且三聚氰胺结合的甲醛不容易水解[9]。因而 对降低游离甲醛含量是非常有效的。 2.3 提高耐热性 三聚氰胺能增加脲醛树脂中的亚甲基和羟甲基支 链,有利于形成更多的交联结构,网络结构被强化能提 高耐热性。三聚氰胺的结构为环状结构,由于三嗪环的 缓冲作用即使在三聚氰胺含量较少的情况下,也能发生
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