CN102604021B

CN102604021B - E0级人造板用微游离甲醛脲醛树脂合成方法

Info

Publication number: CN102604021B
Application number: CN 201210037076
Authority: CN
Inventors: 张跃; 严生虎; 刘建武; 沈介发
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2032-02-20
Also published as: CN102604021A

Abstract

本发明E0级人造板用微游离甲醛脲醛树脂合成方法，涉及脲醛树脂胶技术领域。以尿素、37%甲醛水溶液为原料，采用“弱碱-弱酸-弱碱”三级pH拟稳态控制聚合反应工艺生产脲醛树脂产品。游离甲醛含量小于0.05%，使用该树脂制备的人造板制品具有甲醛释放量≤0.1mg/L，满足GB/T14732-2006，对用户使用无危害，同时该树脂满足了其在含水率、胶合强度等方面的要求，达到E0级水平。

Description

E0级人造板用微游离甲醛脲醛树脂合成方法

技术领域

本发明涉及E0级人造板用微游离甲醛脲醛树脂合成方法，涉及脲醛树脂胶技术领域。可用于形成超低游离甲醛释放的工业制品。该方法生产的脲醛树脂胶具有胶合强度高、固化快、操作性能良好、成本低廉、原料来源丰富等优点，在木材加工、涂饰行业、纸张粘接、钢化涂料，尤其是胶合板、刨花板、纤维板用胶粘剂生产中有广泛应用。

背景技术

脲醛树脂具有较高的胶合强度、良好的耐冷水性能、中等的耐热水性能，固化迅速，固化后的胶层颜色浅，不会污染被胶合物的板面，与水的混溶性好，易调制合适的粘度和浓度；另外，脲醛树脂还具有初始粘度大、操作性能良好、生产工艺简单等优点，使得它在制备人造板方面得到广泛的应用。

目前国内外生产低甲醛排放人造板的主要方法是：从脲醛树脂胶粘剂的合成配方以及工艺入手，通过调节原料配比，改变反应条件等方法来尽量降低脲醛树脂中的游离甲醛含量；在板材制备过程中添加甲醛捕获剂，以捕获人造板使用过程中不断释放的甲醛；对制备好的人造板进行后处理等。但是这些方法都没有解决因树脂结构因素导致人造板使用过程中甲醛的长期释放问题。特别是大量改性剂的加入大大提高了产品的成本，难以进行市场推广。

由于脲醛树脂本身的结构特征，分子中含有羟甲基，具有亲水性，在酸性条件下易水解；脲醛树脂分子中的羟甲基与-NH₂易交联，因此脲醛树脂具有固化后产生的内应力使胶层变脆、易龟裂、耐水性及耐老化性能差、且易凝胶、稳定性差等问题。特别是低摩尔比脲醛胶，由于存在游离-NH₂多，可交联基团-CH₂OH数少，造成胶合强度低，耐水性能、胶合板生产工艺操作性差等更多质量问题。

脲醛树脂粘接制品在制造和使用过程中释放甲醛的主要原因有以下几个方面：①尿素与甲醛的加成缩合反应是可逆的，根据可逆反应的平衡原理，虽然可以通过改变反应条件来提高甲醛转化率，但总有一部分甲醛因不能完全反应而残留在树脂中；②在尿素与甲醛合成脲醛树脂时，有可能形成了醚键、半缩醛等不稳定基团，它们在人造板热压或使用过程中分解释放出甲醛；③在树脂固化过程中，羟甲基活性基团之间易形成不稳定的醚键，在人造板使用过程中易分解释放出甲醛（由于部分质子化的甲醛分子的存在，在胶体粒子周围形成吸附双粒子层，使树脂的稳定性加强，一旦加入固化剂后，树脂在电解质的作用下，吸附粒子层遭到破坏，从而释放出甲醛）；④人造板及其制品在使用过程中由于水份和光的作用使树脂老化，不断分解产生甲醛。

目前，在制备这种环保、实用型的脲醛树脂的研究颇多，主要有以下一些方法：①降低尿素(U)对甲醛(F)的物质的量比(简称F/U比)（USP-4968772、USP-4968773、CN-1294618）；②开发各种各样的甲醛捕捉剂和树脂改性剂（中国专利CN-103438、CN-1262301、CN-1092632）；③真空脱水抽提游离甲醛，此方法有含醛废水排出，设备费用高；④对UF树脂胶合制品用氨气或尿素溶液进行后处理；⑤严格控制脲醛胶生产过程的pH值、反应温度和反应时间；⑦优化胶合板热压工艺，以及适当提高板坯的含水量。

发明内容

本发明的目的是提供一种E0级人造板用微游离甲醛脲醛树脂合成方法，兼备高效率、低成本、超低游离甲醛释放和产品性能稳定的特点。生产出的脲醛树脂含有小于0.05%的游离甲醛，具有低毒、超低排放的优良性能，消除了人造板在使用过程的环境污染。

本发明的另一个目的是提供一种绿色环保脲醛树脂胶黏剂产品，适用于人造板行业以及家具装饰领域的使用，使用该树脂制备的人造板制品具有甲醛释放量≤0.1mg/L，满足GB/T14732-2006，对用户使用无危害，同时该树脂满足了其在含水率、胶合强度等方面的要求，达到E0级水平。

一种E0级人造板用微游离甲醛脲醛树脂合成方法，按照下述步骤进行：将甲醛水溶液一次加入反应釜中，用20%的氢氧化钠溶液调pH至6.5~7.0，加热至50~53℃，加入第一批尿素，升温至85~88℃，保温15min；调pH至3.0~3.5，在65~75℃的温度条件下聚合；调pH至6.5~7.0，加入第二批尿素，用甲酸酸化至pH4.0~4.4，同温下搅拌15min；，加入第三批尿素，在65~75℃左右搅拌5min；然后用甲酸调pH至4.0~4.4，于65~75℃搅拌15min；用氨水调pH至6.5~7.0，在真空蒸馏脱水，降至室温出料。

其中尿素与甲醛摩尔比1～1.4:1，三批尿素加入质量比为3:2:1。

其特征在于甲醛水溶液质量浓度为37%。

本发明具有以下优点：

1.采用弱碱-弱酸-弱碱拟稳态合成工艺，在三级串联分步控制反应器中合成脲醛树脂，使其中游离甲醛含量≤0.05%。

2.通过甲醛与尿素“分批加入、多点分段”，有效调节缩合反应各阶段加料量、pH值与温度的控制体系；从微观促进“体型”有机小分子的形成；提高缩聚程度，降低羟甲基、亚甲基醚、半缩甲醛的含量，减少可能因环境条件变化产生的甲醛。

3、生产的脲醛树脂产品质量指标满足国家标准GB/T 14732-2006的要求，并达到进口产品水平；产品中游离甲醛含量≤0.05％（wt.），甲醛释放量≤0.1mg/L，产品应用后的甲醛释放量限量值达到E0级人造板的技术要求。

具体实施方式

实施例1

将甲醛水溶液100g一次加入反应釜中，用20%的氢氧化钠溶液调pH至6.5~7.0，加热至50~53℃，加入第一批尿素60g，升温至85~88℃，保温15min；调pH至3.0~3.5，在65~75℃的温度条件下聚合；调pH至6.5~7.0，加入第二批尿素40g，用甲酸酸化至pH4.0~4.4，同温下搅拌15min；，加入第三批尿素20g，在65~75℃左右搅拌5min；然后用甲酸调pH至4.0~4.4，于65~75℃搅拌15min；用氨水调pH至6.5~7.0，在真空蒸馏脱水，降至室温出料，得到产品游离甲醛含量小于0.05%的环保型脲醛树脂胶。

所生产的脲醛树脂具有如下典型特性：

固含量 62%

粘度 280 mPa·s

pH值 7.8

比重 1.25g/ml

游离甲醛 0.05%

储存期 80天

实施例2

将实施例1中的脲醛树脂涂在人造板的胶合面，涂胶量为280～300g/m2（单面），两片试材平行顺纹对合在一起，采用0.78～1.18MPa（8～12kgf/cm2）的压力，在室温（不低于20℃）下预压0.5～1.0h后，在温度为100～110℃条件下热压5min，成型，制得人造板。其主要性能如下。

含水率 8%

游离甲醛释放量 0.1mg/L

胶合强度 0.8MPa

使用本发明提供的生产脲醛树脂产品质量指标满足国家标准GB/T 14732-2006的要求，并达到进口产品水平；产品中游离甲醛含量≤0.05％（wt.），产品应用后的甲醛释放量限量值达到E0级人造板的技术要求。

Claims

1.一种E0级人造板用微游离甲醛脲醛树脂合成方法，其特征在于按照下述步骤进行：将甲醛水溶液一次加入反应釜中，用20%的氢氧化钠溶液调pH至6.5~7.0，加热至50~53℃，加入第一批尿素，升温至85~88℃，保温15min；调pH至3.0~3.5，在65~75℃的温度条件下聚合；调pH至6.5~7.0，加入第二批尿素，用甲酸酸化至pH4.0~4.4，同温下搅拌15min；加入第三批尿素，在65~75℃左右搅拌5min；然后用甲酸调pH至4.0~4.4，于65~75℃搅拌15min；用氨水调pH至6.5~7.0，在真空蒸馏脱水，降至室温出料；

其中三批尿素加入质量比为3:2:1。

2.根据权利要求1所述的一种E0级人造板用微游离甲醛脲醛树脂合成方法，其特征在于其中尿素与甲醛摩尔比1～1.4:1。

3.根据权利要求1所述的一种E0级人造板用微游离甲醛脲醛树脂合成方法，其特征在于其中甲醛水溶液质量浓度为37%。