1. 研究目的与意义
脲醛树脂(uf树脂)于1844年由b.tollens首次合成,并于1929年被ig公司开发用于胶接木材。由于脲醛树脂固化后胶层色浅、不污染被粘合物、工艺性能好、成本较其它合成树脂胶粘剂低、并具有优良的胶接性能和较好的耐水性等优点,被广泛应用于木材工业中各种人造板的制造,其用量占人造板用胶量的90%左右,是胶粘剂中用量最大的品种。但是,脲醛树脂胶粘剂也有其自身的缺点,如耐水性和抗老化性差,特别是其胶接产品在使用过程中存在着甲醛释放问题。
据有关报道,城市空气甲醛年平均浓度约为0.005mg/m3-o.olmg/m ,根据国家标准gb/t 16127-1997规定,居室内空气中甲醛卫生标准(最大容许浓度)为o.08mg/m 。最新调查表明 ,我国城市60%-90%新装修的房间内甲醛浓度超过国家标准的3~l0倍。甲醛为较高毒性的物质,在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。研究表明,甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常和免疫功能异常等方面f31。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质,是公认的变态反应源,也是潜在的强致突变物之一。
随着我国国民经济的快速发展,以损害环境为代价发展经济的理念已经被摒弃。对于人造板行业而言,所产生的污染主要来自胶粘剂,而脲醛树脂胶作为人造板的主要胶种,每年的耗用量占木材工业用胶总量的80%以上。针对这种行业形势,我国于2001年12月制定了gb18580--2001(室内装饰装修材料人造板及其制品甲醛释放限量》等十项强制性国家标准,自2002年7月1日起强制执行。
2. 国内外研究现状分析
1.降低羟甲基、亚甲基醚、半缩甲醛的分解。当反应体系中甲醛过量时,容易形成亚甲基醚、缩甲基和半缩甲醛。在人造板材热压时,这些不稳定的成分会受热分解释放出甲醛。,在缩聚反应过程中,适当降低ph值,有利于羟甲基异化为阳离子亚甲基一cr-iz和阳离子亚甲醇,这两种碳正离子可以加快缩聚反应的速度,减少体系中羟甲基的含量。
2.脲醛树脂合成工艺的研究。在缩聚阶段采用强酸催化,用变参工艺,将整个工艺分成4个阶段进行:ph 7.4~8.5的弱碱性条件下,8oci=反应30rain;ph 4.0~4.5的酸性条件下,94~96ci=反应3o~40min;ph 6.0的弱酸性条件下,95ci=反应2o~30min;ph 7.0~7.5终止反应。整个反应时间控制在2.5h以内,聚合温度从74~98oc,ph从4.0~4.6,至6.0~6.5分步调节,前段的低ph值有利于加快反应速度,缩短反应时间,后一阶段有利于控制反应质量。
3. 降低游离甲醛含量的途径和方法。脲醛树脂中游离甲醛产生的主要原因有3个:1)可逆反应中存在的甲醛;2)羟甲基、亚甲基醚、半缩甲醛的分解;3)脲醛树脂固化时释放出的甲醛。因此控制游离甲醛的方法主要有以下几种:1)控制反应条件,提高缩聚程度,使体系中游离甲醛浓度降到最低;2)控制
3. 研究的基本内容与计划
实验方案
1.1000甲醛和pva(13.44)加入四口烧瓶,用30%的氢氧化钠调节ph至8.0
2.开搅拌,加入296尿素,用夹套加热升温
4. 研究创新点
脲醛树脂的污染来源于甲醛,树脂产生的甲醛释放主要有两部分:一是以单体形式存在的甲醛,由于化学反应的可逆性,当反应达到平衡后,甲醛不可能全部定量转化,这就使树脂中存在一部分残余的甲醛;二是不稳定的化学基团分解产生的甲醛,如,树脂中的羟甲基和亚甲基醚键水解均会释放甲醛。所以要想最大限度地降低树脂中的甲醛含量,必须做到以下两点:①使反应尽可能地彻底;②合成树脂的分子结构合理,不稳定性基团含量要尽可能低。
脲醛树脂改性的目的是降低树脂的游离醛,使其达到低毒要求,提高树脂的综合性能使其能满足工业用胶要求。从广义来讲,脲醛树脂的改性可以分为配方改性和工艺改性,而单元共聚改性是配方改性的最有效途径,它是指在脲醛树脂合成过程中引入某一助剂,这种改性剂的引入往往以提高树脂某一方面的性能为主,是综合改性的前提和基础。
采用甲醛一次加入,尿素四次加入,反应温度控制在65~85qc的工艺方法,合成了总摩尔比为1.07的低摩尔比脲醛树脂,树脂中游离甲醛含量小于0.2%,同时其他物理性能均达到实用要求。律微波通过分批加入尿素的方法,制备了游离甲醛含量低于0.1%的低摩尔比脲树脂,树脂完全符合国家标准,满足环保要求。此外,也可采用甲醛多次加料、尿素多次加料的方法。鉴于树脂的综合性能和摩尔比的关系,大多数脲醛树脂胶的生产者把脲醛树脂中甲醛与尿素的终摩尔比控制在1.03~1.08,通过在脲醛树脂合成过程中调节尿素和甲醛在不同反应阶段的分配比可以生产出符合要求的树脂。
