CN105418866A

CN105418866A - 一种刨花板用高固体含量脲醛树脂及其制备方法

Info

Publication number: CN105418866A
Application number: CN201410487548.3A
Authority: CN
Inventors: 王辉; 雷洪; 杜官本
Original assignee: Southwest Forestry University
Current assignee: Southwest Forestry University
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2014-09-23
Publication date: 2016-03-23

Abstract

本发明涉及一种刨花板用高固体含量脲醛树脂及其制备方法。本发明中首先合成脲醛预缩液(UFC)；其次，由UFC合成常规脲醛树脂。其主要特征在于脲醛预缩液的固体含量高，F:U的摩尔比在4.5及以上，具有优异的贮存稳定性。由UFC合成的脲醛树脂，UFC于树脂合成反应开始阶段一次性加入，尿素分多次加入。其中，第一次尿素于反应开始阶段加入，加入第一次尿素后，甲醛与尿素的摩尔比控制在2.0左右；第二次尿素于反应中期加入；第三次尿素于反应后期加入。本发明所述脲醛树脂及其制备方法，树脂具有较高的固体含量、贮存稳定性好、性能优异，无需脱水，可直接用于刨花板的生产。其显著特征在于，可减少甲醛的运输成本，消除制胶过程中产生的制胶废液，保护环境。

Description

一种刨花板用高固体含量脲醛树脂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种刨花板用高固体含量脲醛树脂及其制备方法，属于木材加工中人造板生产技术领域。

背景技术

脲醛树脂（UF）是由尿素和甲醛在一定工艺条件下，经加成、缩聚反应而得到的一类合成树脂。自工业化应用以来，脲醛树脂以其优异的性能和低廉的成本优势，迅速成为木材工业中用量最大的合成树脂。目前，脲醛树脂在人造板加工中，使用量达到了70~80%，在我国，其用量高达90%以上。

在脲醛树脂的工业化生产中，甲醛普遍使用浓度为36~37%的水溶液，因此，合成得到的脲醛树脂，固体含量通常在50~55%之间。然而，刨花板生产使用的脲醛树脂，要求其固体含量在60%以上。为了满足刨花板的生产需要，通常，合成后的脲醛树脂在末期要进行真空脱水处理，以提高树脂的固体含量。此工序产生的废水，含有大量的甲醇、甲醛。对此类污水的处理通常难以做到达标排放，对环境造成了污染，特别是对周围水环境产生了严重污染。与此同时，在胶液的脱水处理过程中，产生的能耗也非常惊人。

以高浓度甲醛代替37%的甲醛水溶液，用于脲醛树脂的合成，可以有效解决上述问题，从根本上彻底消除废水带来的污染。但是，高浓度甲醛贮存稳定性极差，在较短时间内便会发生聚合，不利于工业化生产应用。

脲醛预缩液（UFC）是尿素与高浓度甲醛在一定条件下的反应产物，是二羟甲基脲、三羟甲基脲、四羟甲基脲、甚至脲醛树脂低聚物的混合物。在脲醛预缩液中，尿素与甲醛的摩尔比较高，F/U可达4~6:1，甲醛明显过量，因此，在脲醛树脂制备过程中，可使用脲醛预缩液代替甲醛溶液。使用脲醛预缩液制备脲醛树脂时，由于脲醛预缩液较之于甲醛溶液的高固体含量（前者可达50～85%），最终制备得到的脲醛树脂固体含量可达到60%左右，无需脱水处理，从而从根本上消除了制胶过程中的废水污染问题，节约了治污设备资金和治污设备运行费用。同时，较之于高浓度甲醛溶液，脲醛预缩液具有储存稳定性好、腐蚀性小等优点。

本发明正是在以上背景条件下，开发的一种刨花板用高固体含量脲醛树脂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有生产技术之不足，提供一种新型的刨花板用高固体含量脲醛树脂。

本发明的另一个目的在于以现有生产设备为基础，提供一种简单、操作容易的高固体含量脲醛树脂的生产方法。

本发明的刨花板用高固体含量脲醛树脂，无需脱水，可直接用于刨花板的生产，可为生产企业节约大量的废水处理能耗。

为实现上述目的，本发明的刨花板用高固体含量脲醛树脂，提供如下制备方法：

（1）将脲醛预缩液一次性加入到反应釜中，用氢氧化钠溶液调节pH值为8~8.5；

（2）在搅拌条件下，加热升温至55~60℃之间时，加入第一次尿素，控制反应体系中甲醛与尿素的摩尔比为1.9~2.2；

（3）继续升温至88~90℃，调整pH值为8~8.5，加入第二次尿素，控制反应体系中甲醛与尿素的摩尔比为1.4~1.6，保温反应30~40分钟；

（4）用酸溶液调整pH值为5~5.5，反应至要求粘度；

（5）降低反应体系温度至65~70℃之间时，调整pH值为7.8~8.0，加入第三次尿素，控制反应体系中甲醛与尿素摩尔比为1.2~1.0，停止加热，降温至40℃以下时，放料，得到脲醛树脂。

所述的脲醛预缩液为尿素与甲醛的反应产物，可以自制，也可以为市售商品。其特征在于尿素与甲醛摩尔比F/U为4~6:1，固体含量为50~85%。

所述脲醛树脂的制备，要求在35~45分钟内温度从55-60℃升至88-90℃。

所述脲醛树脂的制备，氢氧化钠溶液质量分数浓度为20~30%。酸溶液可选自甲酸、乙酸、盐酸中的一种或多种配合，质量分数浓度为30~35%。要求粘度为25℃测试条件下，涂-4杯测量值为16~18秒。

本发明的优点在于：

本发明中的刨花板用高固体含量脲醛树脂，利用脲醛预缩液代替通常工业化使用的37%甲醛水溶液用于脲醛树脂的合成，操作工艺简单、易行。所合成的树脂具备较高的固体含量、贮存稳定性好，无需脱水，可直接用于刨花板的生产，避免了脱水能耗，降低了制胶成本，同时，从根本上杜绝了了制胶废水的产生，解决了生产企业制胶废水污染问题。脲醛预缩液的使用也有利于减少脲醛树脂制备中使用醛的运输成本。

具体实施方式：

以下的具体实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1：

该脲醛树脂的合成按如下步骤进行：

（1）脲醛预缩液（UFC）的制备

a.称取尿素1摩尔，加入到预先升温至50℃的反应釜中，用质量分数为30%的氢氧化钠溶液调节pH值至9.0；

b.加入质量浓度为50%的甲醛3.0摩尔，然后，用质量分数为30%的氢氧化钠溶液调整pH值至9.0；

c.在搅拌下，继续升温至80℃，升温时间控制在25~30分钟；

d.待反应釜中的溶液变清时，再次用质量分数为40%的氢氧化钠溶液调节pH值至9.0，加入质量浓度为50%的甲醛2.0摩尔；

e.继续保温反应120分钟后，降温，放料。

（2）高固体含量脲醛树脂的合成

利用步骤（1）中合成的脲醛预缩液，按照以下步骤合成高固体含量脲醛树脂：

a.称取步骤（1）中制备好的100克脲醛预缩液，在常温条件下，加入到反应釜中，用30%的氢氧化钠溶液调整pH值至8~8.5；

b.在搅拌下，升温至55℃时，加入第一次尿素，使反应体系中甲醛与尿素的摩尔比保持在2.0；

c.继续升温至90℃时，调整反应体系pH值至8~8.5，加入第二次尿素，此时，保持反应体系中甲醛与尿素的摩尔比为1.5，保温反应35分钟；

d.然后用35%的甲酸溶液调整pH值至5~5.5，反应至要求粘度：20-25℃条件下，涂-4杯16~18秒；

e.降温至70℃，调整pH值为7.8~8.0，加入第三次尿素，使体系中甲醛与尿素的摩尔比保持在1.0；

f.关闭加热***，自行降温至40℃以下时，放料。

树脂的性能指标如下：

外观乳白色液体

粘度20~22秒

固体含量64~65%

游离甲醛含量<0.25%

pH值7.0~7.5

贮存期≥30天

实施例2：

该脲醛树脂的合成按如下步骤进行：

（1）脲醛预缩液（UFC）的制备

b.加入质量浓度为50%的甲醛4.0摩尔，然后，用质量分数为40%的氢氧化钠溶液调整pH值至9.0；

c.在搅拌下，继续升温至90℃，升温时间控制在30~35分钟；

e.继续保温反应90分钟后，降温，放料。

（2）高固体含量脲醛树脂的合成

a.称取步骤（1）中制备好的100克脲醛预缩液，在常温条件下，加入到反应釜中，用40%的氢氧化钠溶液调整pH值至8~8.5；

b.在搅拌下，升温至60℃时，加入第一次尿素0.48摩尔，使反应体系中甲醛与尿素的摩尔比保持在2.0；

c.继续升温至90℃时，调整反应体系pH值至8~8.5，加入第二次尿素0.18摩尔，此时，保持反应体系中甲醛与尿素的摩尔比为1.6，保温反应35分钟；

d.然后用35%的甲酸溶液调整pH值至5~5.5，反应至要求粘度：20~25℃条件下，涂-4杯16~18秒；

e.降温至70℃，调整pH值为7.8~8.0，加入第三次尿素0.30摩尔，使体系中甲醛与尿素的摩尔比保持在1.2；

f.关闭加热***，自行降温至40℃以下时，放料。

树脂的性能指标如下：

外观乳白色液体

粘度18~20秒

固体含量62~64%

游离甲醛含量<0.3%

pH值7.0~7.5

贮存期≥45天。

Claims

1.一种刨花板用高固体含量脲醛树脂，其特征在于制备该树脂的原料包括脲醛预缩液、尿素、酸和碱性催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种刨花板用高固体含量脲醛树脂，其特征在于所述的脲醛预缩液为尿素与甲醛的反应产物，可以自制，也可以为市售商品。

3.根据权利要求1所述的一种刨花板用高固体含量脲醛树脂，其特征在于所述的脲醛预缩液中尿素与甲醛摩尔比F/U为4~6:1，固体含量为50~85%。

4.根据权利要求1所述的一种刨花板用高固体含量脲醛树脂，其特征在于所述的酸性催化剂可选自甲酸、乙酸、盐酸中的一种或多种配合，质量分数浓度为10~30%。

5.根据权利要求1所述的一种刨花板用高固体含量脲醛树脂，其特征在于所述的碱性催化剂为氢氧化钠溶液，质量分数浓度为20~30%。

6.根据权利要求1所述的一种刨花板用高固体含量脲醛树脂，其特征在于制备按以下步骤（1）至（5）进行：

（4）用酸溶液调整pH值为5~5.5，反应至要求粘度；

7.根据权利要求6所述的一种刨花板用高固体含量脲醛树脂的制备方法，

其特征在于步骤（3）中要求在35~45分钟内升温至88~90℃。

8.根据权利要求6所述的一种刨花板用高固体含量脲醛树脂的制备方法，其特征在于步骤（4）中要求粘度为25℃条件下，涂-4杯测试值为16~18秒。