CN102391805A - 混凝土模板用改性脲醛树脂胶粘剂及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土模板用改性脲醛树脂胶粘剂，主要由下列重量份数的原料制成：质量浓度37％的甲醛50～60份、纯度98％的尿素20～30份、三聚氰胺6～8份、增粘剂0.1～0.2份、促进剂0.2～0.3份。该胶粘剂具有Uron环的的改进结构，可提高模板的抗水性。本发明还公开了该胶粘剂的生产方法，包括强酸-弱酸-弱碱三步骤，通过控制温度、pH值、加料速度、加料时间与摩尔比，能有效控制甲醛与尿素的强酸条件反应；同时提供了两个简便易行的终点控制指标，能方便精确掌控工艺进行。

Description

混凝土模板用改性脲醛树脂胶粘剂及其生产方法

技术领域

本发明属于改性脲醛树脂胶粘剂领域，尤其涉及一种混凝土模板用改性脲醛树脂胶粘剂及其生产方法。

背景技术

近几年来，我国已一跃而成为世界上人造板生产大国，2009年全国人造板产量达11546.65万立方米，其中胶合板占4451.24万立方米。混凝土(建筑)模板是胶合板的主要用途，它主要用在室外，不但要承重还要经受住烈日曝晒及突降阵雨淋洗不得开裂；同时，混凝土模板必须能多次拆装、反复使用，以降低基建施工成本和木材的消耗。为了检测混凝土模板的胶合强度，混凝土模板用胶合板国家标准GB/T 17656-2008采用了国家标准GB/T 17657-1999(人造板及饰面人造板理化性能试验方法)中关于Ⅰ类胶合板的检测方法，即样品胶合强度必须通过由两次沸水煮四小时所组成的28小时煮烘循环法测试。

众所周知，人造板的物理力学性能指标主要依靠所采用的树脂胶粘剂来保证。如果采用耐水性良好的酚醛树脂可以获得良好(湿)胶合强度，但是酚醛胶价格较高，而且固化温度高、速度慢，对单板含水率要求很严格。因此，目前市场上多用高比例三聚氰胺改性的脲醛树脂胶粘剂。其中，三亚木材厂介绍了可替代酚醛胶的三聚氰胺脲醛胶，其原料配比为三聚氰胺∶尿素＝(0.5～0.7)∶1(质量比)，F/U＞2(甲醛与尿素的摩尔比)，制造过程可概括为弱碱-弱酸-弱碱三步骤(陈斌，三聚氰胺脲醛胶1#及其在混凝土模板上的应用，林产工业，2001，3，34)。强酸(pH＜3)工艺有改进脲醛树脂结构的优点(即甲醛与尿素生成一定比例耐水性强的Uron环结构)，但由于强酸条件下反应速度极快而产生凝胶，易使整锅物料报废，因此，出于安全考虑，通常均不采用。为此，西北林学院提出了一种用于胶合板的脲醛树脂的制备方法，采用F/U＝1.7，制造过程为强酸-弱酸-弱碱三步骤，全程控制温度≤40℃(常君成，尿素与甲醛在强酸介质中反应关系的研究，粘接，1992，1，1-2)；中国专利“一种脲醛树脂的工业化生产方法”(专利号200910030661.8公开日2009年09月23日)提出在强酸阶段添加阻聚剂以生产一种用于纤维板的脲醛树脂，其成品甲醛释放量小于28mg/100g。然而，强酸下相关反应物对温度、加料速度、摩尔比、pH值及停留时间都非常敏感，无论是控制低温还是加入阻聚剂，均存在一定的难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种性能良好的混凝土模板用改性脲醛树脂胶粘剂。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种安全可靠、容易操作、终点控制简单明了且成本较低的混凝土模板用改性脲醛树脂胶粘剂的生产方法。

为解决上述技术问题本发明采用以下技术方案：混凝土模板用改性脲醛树脂胶粘剂，主要由下列重量份数的原料制成：质量浓度37％的甲醛50～60份、纯度98％的尿素20～30份、三聚氰胺6～8份、增粘剂0.1～0.2份、促进剂0.2～0.3份。

增粘剂为聚乙烯醇；促进剂为六亚甲基四胺、双氰胺或两者的混合物。

原料还包括适量氢氧化钠和盐酸。

混凝土模板用改性脲醛树脂胶粘剂的生产方法，该方法包括以下步骤：

<1>将甲醛及聚乙烯醇投入反应釜中，开动搅拌器，开始加热升温，温度稳定在47～48℃时加入质量浓度30～36％的盐酸调节pH值为1.7～2.0；

<2>温度稳定在51～53℃时，在7～12分钟内均匀地加入第一批尿素，其量应使加料后甲醛与尿素的摩尔比为F/U₁＝2.8～3.0，温度升至81～85℃；

<3>立即用质量浓度25～30％的氢氧化钠水溶液调节pH为5.5～6.2，在温度为81～85℃时均匀地加入第二批尿素，其量应使甲醛与尿素的摩尔比为F/U₁₊₂＝2.1～2.3，搅拌10分钟后加入占总三聚氰胺量25～40％的第一批三聚氰胺和占总促进剂量1/3的第一批促进剂，复核并调整反应物pH为6.8～7.2，使用浑点法观测反应物在水中形态，当反应物滴到30℃水中呈白色雾状为第一终点；

<4>达到第一终点后，加质量浓度25～30％的氢氧化钠水溶液调节pH为7.5～8.5，加入剩余三聚氰胺及促进剂，控制温度在82±1℃，搅拌20分钟；

<5>加入剩余尿素，在78±2℃下反应，使用浑点法观测反应物在水中形态，当反应物滴到55～65℃水中呈白色雾状为第二终点；

<6>达到第二终点后开始降温，当温度降至35～45℃时，加质量浓度25～30％的氢氧化钠水溶液调节pH为7.5～8.0后出料。

发明人摒弃传统弱酸工艺(弱碱-弱酸-弱碱)，改用强酸(pH 1.7～2.0)工艺(强酸-弱酸-弱碱)制胶。针对强酸条件下反应物对摩尔比及停留时间非常敏感的特点，废弃通常尿素快速投料的习惯，提出在7～12分钟内均匀加入的操作方法，以避免尿素加入过快造成局部摩尔比过低，也不能过慢而造成停留时间过长而出现胶凝现象。同时提出强酸阶段必须掌握的温度、pH值、加料速度、加料时间与摩尔比，依据这些具体操作步骤与精确数据，无需添加阻聚剂也不用低温控制，也能安全可靠地控制反应，获得改进结构的脲醛树脂(含有Uron环)。当然反应釜大小不同，加料量及加料时间也需相应调整，但最终以加完料的温度在81～85℃且不产生胶凝现象为准。然后，在弱酸-弱碱条件下以三聚氰胺改性，又能增强脲醛树脂胶粘剂的物理力学性能，从而以较少三聚氰胺获得性能较佳的混凝土模板用改性脲醛树脂胶粘剂，具体是：

第一批尿素投料结束后，立即加碱使反应物脱离强酸阶段而进入弱酸阶段。此时反应物料中仍然存在大量游离甲醛。因而必须加入第二批尿素，并控制甲醛与尿素的摩尔比以保证树脂质量。同时由于三聚氰胺既有耐水又有提高强度的作用，故投入三聚氰胺使它在弱酸及接近中性条件下参与反应，生成三聚氰胺改性的脲醛树脂(MUF)。在第一终点到达后，加碱使反应物进入弱碱阶段，并加入第二批三聚氰胺，搅拌一定时间后再加入第三批尿素，使它们在弱碱条件下反应，从而起到对脲醛树脂进行更进一步改性的作用。

另外，本发明生产方法具有两个简单明了、容易操作的终点控制指标(即分别以反应物滴入30℃及55～65℃水中是否出现白色云雾为标志)，以方便掌控工艺进程。

具体实施方式

实施例1

1、配方组成

甲醛与尿素的摩尔比为F/U＝2.04，甲醛530份(浓度37％)，尿素197份(纯度98％)，三聚氰胺65份，聚乙烯醇1.4份，六亚甲基四胺1份，双氰胺2份。

2、制胶工艺

<1>将甲醛水溶液530份及聚乙烯醇1.4份投入反应釜中，开动搅拌器，开始加热升温，升温到38～40℃时停止加热，温度惯性上涨到48℃时，用31～36％的盐酸调节pH值为1.7～2.0；

<2>温度上涨到51℃时，7～10分钟内均匀加入第一批尿素140份，温度升到83～85℃；

<3>立即用25～30％氢氧化钠水溶液调节pH为5.8～6.2，在温度为83～85℃时均匀地加入第二批尿素35份，搅拌10分钟后加入25份三聚氰胺和六亚甲基四胺1份，复核并调整反应物pH为6.8～7.2，使用浑点法观测，将反应物滴入30℃水中，呈白色云雾状为第一终点；

<4>达到第一终点后，加25～30％氢氧化钠水溶液调节pH为7.5～8.5，加入三聚氰胺40份及双氰胺2份，温度控制在82±1℃，搅拌20分钟；

<5>加入第三批尿素22份，让其在78±2℃下进行缩聚反应(将反应物滴入55～65℃水中，呈白色云雾状为第二终点)；

<6>达到第二终点后开始降温，当温度降至35～45℃时，加25～30％的氢氧化钠水溶液调节pH为7.5～8.0后出料。

3、胶的质量(见表1)

表1 实施例1胶的质量状况

4、制板效果

<1>制板工艺主要参数

九层桉木单板，单板厚1.5～1.8mm，含水率≤14％，胶粘剂加10％小麦粉，不加固化剂，施胶量200～250g/m²；

热压温度＝105～110℃，热压时间＝1.2～1.5min/mm。

<2>混凝土模板质量(板厚15mm，见表2)

表2 实施例1混凝土模板的质量状况

实施例2

1、配方组成

甲醛与尿素的摩尔比为F/U＝1.82，甲醛590份(浓度37％)，尿素245份(纯度98％)，三聚氰胺75份，聚乙烯醇1.5份，六亚甲基四胺1份，双氰胺2份；

2、制胶工艺

<1>将甲醛水溶液590份及聚乙烯醇1.5份投入反应釜中，开动搅拌器，开始加热升温，升温到38～40℃时停止加热，温度惯性上涨到48℃时，用31～36％的盐酸调节pH值为1.7～2.0；

<2>温度上涨到51℃时，7～10分钟内均匀加入第一批尿素156份，温度升到81～85℃。

<3>立即用25～30％氢氧化钠水溶液调节pH为5.5～6.0，在温度为83～85℃时均匀地加入第二批尿素38份，搅拌10分钟后加入30份三聚氰胺和六亚甲基四胺1份，复核并调整反应物pH为6.8～7.2，使用浑点法观测，将反应物滴入30℃水中，呈白色云雾状为第一终点；

<4>达到第一终点后，加25～30％氢氧化钠水溶液调节pH为7.5～8.5，加入三聚氰胺45份及双氰胺2份，温度控制在82±1℃，搅拌20分钟；

<5>加入第三批尿素51份，让其在78±2℃下进行缩聚反应(将反应物滴入55～65℃水中，呈白色云雾为第二终点；

<6>达到第二终点后开始降温，当温度降至35～45℃时，加25～30％的氢氧化钠水溶液调节调节pH为7.5～8.0后出料。

3、胶的质量(见表3)

表3 实施例2胶的质量状况

4、制板效果

<1>制板工艺主要参数

九层桉木单板，单板厚1.5～1.8mm，含水率≤14％，胶粘剂加10％小麦粉，不加固化剂，施胶量200～250g/m²；

热压温度＝105～110℃，热压时间＝1.2～1.5min/mm。

<2>混凝土模板质量(板厚15mm，见表4)

表4 实施例2混凝土模板的质量状况

实施例3

1、配方组成

甲醛与尿素的摩尔比为F/U＝2.107，甲醛1200份(浓度37％)，尿素430份(纯度98％)，三聚氰胺115份，聚乙烯醇3份，六亚甲基四胺2份，双氰胺4份；

2、制胶工艺

<1>将甲醛水溶液1200份及聚乙烯醇3份投入反应釜中，开动搅拌器，开始加热升温，升温到37～38℃时停止加热，温度惯性上涨到47℃时，用30～36％的盐酸调节pH值为1.7～2.0；

<2>温度上涨到51℃时，10～12分钟内均匀加入第一批尿素312份，温度升到83～85℃。

<3>立即用25～30％氢氧化钠水溶液调节pH为5.5～6.0，在温度为83～85℃时均匀地加入第二批尿素76份，搅拌10分钟后加入40份三聚氰胺和六亚甲基四胺2份，复核并调整反应物pH为6.8～7.2，使用浑点法观测，将反应物滴入30℃水中，呈白色云雾状为第一终点；

<4>达到第一终点后，加25～30％氢氧化钠水溶液调节pH为7.5～8.5，加入三聚氰胺75份及双氰胺4份，温度控制在82±1℃，搅拌20分钟；

<5>加入第三批尿素42份，让其在78±2℃下进行缩聚反应(将反应物滴入55～65℃水中，呈白色云雾为第二终点；

<6>达到第二终点后开始降温，当温度降至35～45℃时，加25～30％的氢氧化钠水溶液调节调节pH为7.5～8.0后出料。

3、胶的质量(见表5)

表5 实施例3胶的质量状况

4、制板效果

<1>制板工艺主要参数

九层桉木单板，单板厚1.5～1.8mm，含水率≤14％，胶粘剂加10％小麦粉，不加固化剂，施胶量200～250g/m²；

热压温度＝105～110℃，热压时间＝1.2～1.5min/mm。

<2>混凝土模板质量(板厚15mm，见表6)

表6 实施例3混凝土模板的质量状况

Claims (4)

1.一种混凝土模板用改性脲醛树脂胶粘剂，其特征在于主要由下列重量份数的原料制成：质量浓度37％的甲醛50～60份、纯度98％的尿素20～30份、三聚氰胺6～8份、增粘剂0.1～0.2份、促进剂0.2～0.3份。

2.根据权利要求1所述的混凝土模板用改性脲醛树脂胶粘剂，其特征在于：所述增粘剂为聚乙烯醇；所述促进剂为六亚甲基四胺、双氰胺或两者的混合物。

3.根据权利要求1或2所述的混凝土模板用改性脲醛树脂胶粘剂，其特征在于：所述原料还包括适量氢氧化钠和盐酸。

4.根据权利要求3所述的混凝土模板用改性脲醛树脂胶粘剂的生产方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

<1>将甲醛及聚乙烯醇投入反应釜中，开动搅拌器，开始加热升温，温度稳定在47～48℃时加入质量浓度30～36％的盐酸调节pH值为1.7～2.0；

<2>温度稳定在51～53℃时，在7～12分钟内均匀地加入第一批尿素，其量应使加料后甲醛与尿素的摩尔比为F/U₁＝2.8～3.0，温度升至81～85℃；

<3>立即用质量浓度25～30％的氢氧化钠水溶液调节pH为5.5～6.2，在温度为81～85℃时均匀地加入第二批尿素，其量应使甲醛与尿素的摩尔比为F/U₁₊₂＝2.1～2.3，搅拌10分钟后加入占总三聚氰胺量25～40％的第一批三聚氰胺和占总促进剂量1/3的第一批促进剂，复核并调整反应物pH为6.8～7.2，使用浑点法观测反应物在水中形态，当反应物滴到30℃水中呈白色雾状为第一终点；

<4>达到第一终点后，加质量浓度25～30％的氢氧化钠水溶液调节pH为7.5～8.5，加入剩余三聚氰胺及促进剂，控制温度在82±1℃，搅拌20分钟；

<5>加入剩余尿素，在78±2℃下反应，使用浑点法观测反应物在水中形态，当反应物滴到55～65℃水中呈白色雾状为第二终点；

<6>达到第二终点后开始降温，当温度降至35～45℃时，加质量浓度25～30％的氢氧化钠水溶液调节pH为7.5～8.0后出料。