一种低醚键含量脲醛树脂木材胶黏剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种脲醛树脂(UF)木材胶粘剂及制备方法，属木材加工中人造板生产技术领域。
【背景技术】
[0002]脲醛树脂是人造板生产最重要的胶粘剂，具有固化速度快和制造使用成本低等显著优点，但存在耐水性差和甲醛释放等缺陷。这些缺陷造成了脲醛树脂应用的局限性。
[0003]脲醛树脂在使用过程中的甲醛释放有三种主要途径，即合成中未参与反应的游离甲醛、未参与固化的羟甲基水解、亚甲基醚键水解或重排。目前，通过在反应后期二次添加尿素可以捕捉大部分游离甲醛。对于解决后两种途径造成的甲醛释放，现有的研究还十分有限。在脲醛树脂中，亚甲基桥键和醚键是连接尿素的两种化学结构。其中醚键较容易水解，造成树脂交联结构破坏。同时，醚键水解生成羟甲基或重排为亚甲基桥键都会进一步释放甲醛。因此，合成中应尽量避免其生成。总之，降低树脂中不稳定结构的含量是改进传统脲醛树脂性能、开发新型木材胶粘剂产品的有效途径之一。
[0004]目前，脲醛树脂的合成工艺主要为碱-酸-碱三段式合成工艺。该工艺在初始碱性反应阶段的甲醛-尿素摩尔比(F/U) —般控制在2/1以上，在最后碱性反应阶段通过添加第二次尿素来降低最终摩尔比，同时实现降低游离甲醛含量的目的。由于经典理论认为，初始碱性反应阶段主要发生羟甲基化反应，而缩聚反应通常可以忽略，或者认为在工业生成过程中，这一阶段的缩聚反应没有意义。因此，绝大部分研究专注于酸性反应阶段反应条件变化以及最后碱性阶段第二批尿素的加入方式、条件和摩尔比等对树脂结构和性能的影响。然而，有研究表明，碱性阶段的反应除羟甲基化外，还会生成含有亚甲基醚键的低分子量初聚物。通过13C NMR定量分析跟踪发现，在碱性反应阶段生成的初聚物在酸性反应阶段会部分重排为亚甲基桥键，但大部分会残留到树脂的最终结构中。这将导致树脂最终结构中醚键含量较高，影响树脂性能。因此，合成过程中在初始碱性反应阶段控制醚键含量是降低树脂最终结构中醚键含量的有效途径。
[0005]传统合成工艺中甲醛为一次性加入，这为反应初期生成大量醚键提供了条件。因此改变甲醛加料方式，将甲醛分批加入，可以有效降低树脂结构中醚键的含量，优化树脂结构，改善树脂性能。
[0006]经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术之不足，而提供一种低醚键含量脲醛树脂(UF)木材胶粘剂及制备方法。
[0008]本发明在现有技术的基础上改进而成。本方法所用的设备为常规设备。
[0009]本发明的脲醛树脂木材胶粘剂，由尿素和甲醛反应缩聚而成，树脂最终结构中，羟甲基含量为50~55%，亚甲基桥键含量为30~35%左右，亚甲基醚键含量为5%~10%。
[0010]本发明的脲醛树脂木材胶粘剂，其制备方法如下:
a.反应开始阶段加入第一次计量的甲醛，调节pH值至8.0~9.5之间；搅拌下加入第一次尿素，控制甲醛与尿素的摩尔比在1.6以下，将反应物逐渐升温到90~95°C ；
b.在90~95°C条件下保温反应40~90分钟后，降温至85~90°C，调节pH值至4.5-5.5之间，加入第二次甲醛，控制甲醛与尿素的摩尔比在1.8?2.3范围，保温反应30分钟后，调整PH值至4.8-5.8之间，然后升温至90~95°C，保温反应30-90分钟；
c.降温至60~70°C，调节pH值至8.0-9.0之间，加入第二次尿素，控制甲醛与尿素的摩尔比在指定范围内，保温反应10~20分钟后自然冷却，得到脲醛树脂木材胶粘剂。
[0011]本发明的脲醛树脂木材胶粘剂具有醚键含量低、稳定性好等优点，用于人造板，特别是胶合板、刨花板、中密度纤维板等生产。
[0012]【具体实施方式】:
实施例1:
该胶粘剂由尿素和甲醛缩聚而成，其中:
a.反应开始阶段加入第一次计量的甲醛，调节pH值至8.0~9.5之间；搅拌下加入第一次尿素，控制甲醛与尿素的摩尔比在1.6以下，将反应物逐渐升温到90~95°C ；
b.在90~95°C条件下保温反应40~90分钟后，降温至85~90°C，调节pH值至4.5-5.5之间，加入第二次甲酸，控制甲醛与尿素的摩尔比为1.80左右，保温反应30分钟后，调整pH值至4.8-5.8之间，然后升温至90~95°C，保温反应30~90分钟；
c.降温至60~70°C，调节pH值至8.0-9.0之间，加入第二次尿素，控制甲醛与尿素的摩尔比为1.05左右，保温反应10~20分钟后自然冷却，得到脲醛树脂木材胶粘剂。
[0013]实施例2:
该胶粘剂由尿素和甲醛缩聚而成，其中:
a.反应开始阶段加入第一次计量的甲醛，调节pH值至8.0-9.5之间；搅拌下加入第一次尿素，控制甲醛与尿素的摩尔比在1.6以下，将反应物逐渐升温到90~95°C ；
b.在90~95°C条件下保温反应40~90分钟后，降温至85~90°C，调节pH值至4.5-5.5之间，加入第二次甲醛，控制甲醛与尿素的摩尔比为2.00左右，保温反应30分钟后，调整pH值至4.8-5.8之间，然后升温至90~95°C，保温反应30-90分钟；
c.降温至60~70°C，调节pH值至8.0-9.0之间，加入第二次尿素，控制甲醛与尿素的摩尔比为1.10左右，保温反应10~20分钟后自然冷却，得到脲醛树脂木材胶粘剂。
[0014]实施例3:
该胶粘剂由尿素和甲醛缩聚而成，其中:
a.反应开始阶段加入第一次计量的甲醛，调节pH值至8.0~9.5之间；搅拌下加入第一次尿素，控制甲醛与尿素的摩尔比在1.6以下，将反应物逐渐升温到90~95°C ；
b.在90~95°C条件下保温反应40~90分钟后，降温至85~90°C，调节pH值至4.5-5.5之间，加入第二次甲醛，控制甲醛与尿素的摩尔比为2.10左右，保温反应30分钟后，调整pH值至4.8-5.8之间，然后升温至90~95°C，保温反应30~90分钟；
c.降温至60~70°C，调节pH值至8.0-9.0之间，加入第二次尿素，控制甲醛与尿素的摩尔比为1.15左右，保温反应10~20分钟后自然冷却，得到脲醛树脂木材胶粘剂。
【主权项】
1.一种低醚键含量脲醛树脂木材胶粘剂，由尿素(U)和甲醛(F)在特定条件下经加成-缩聚反应合成，其特征在于树脂结构中，羟甲基碳占醛碳总量的50~55%，亚甲基桥键碳占醛碳总量的30~35%，亚甲基醚键碳占醛碳总量的5%~10%，其中，亚甲基醚键碳含量较同等条件下传统脲醛树脂中亚甲基醚键碳含量低10%以上。2.权利要求1所述木材胶粘剂的制备方法，其特征在于甲醛分两次加入，制备方法如下: a.反应开始阶段加入第一次计量的甲醛，调节pH值至8.0-9.5之间；搅拌下加入第一次尿素，控制甲醛与尿素的摩尔比在1.6以下，将反应物逐渐升温到90~95°C ； b.在90~95°C条件下保温反应40~90分钟后，降温至85~90°C，调节pH值至4.5-5.5之间，加入第二次甲醛，控制甲醛与尿素的摩尔比在1.8?2.3范围，保温反应30分钟后，调整PH值至4.8-5.8之间，然后升温至90~95°C，保温反应30-90分钟； c.降温至60~70°C，调节pH值至8.0-9.0之间，加入第二次尿素，控制甲醛与尿素的摩尔比在指定范围内，保温反应10~20分钟后自然冷却，得到脲醛树脂木材胶粘剂。
【专利摘要】本发明涉及一种低醚键含量脲醛树脂（UF）木材胶粘剂及制备方法，属木材加工生产技术领域。该胶粘剂由尿素（U）和甲醛（F）在特定条件下经加成-缩聚反应合成,其主要特征在于脲醛树脂结构中醚键含量较传统脲醛树脂显著降低,亚甲基醚键含量占醛碳总量的5~10%或更低。制备方法的主要特征在于甲醛分两次加入。其中：第一次尿素与第一次甲醛于反应初期加入，甲醛与尿素的摩尔比（F/U）控制在1.6以下；第二次甲醛于反应中期加入,同时,反应一段时间后加入第二次尿素。本发明的脲醛树脂木材胶粘剂具有醚键含量低、耐水性好、固化速度快等优点，用于人造板，特别是胶合板、刨花板、中密度纤维板、细木工板等生产，可有效控制产品使用过程中的甲醛释放。
【IPC分类】C08G12/12, C09J161/24
【公开号】CN105646808
【申请号】
【发明人】李涛洪, 杜官本, 郭晓申, 梁坚坤, 雷洪
【申请人】西南林业大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2014年11月13日