一种低游离醛低毒脲醛树脂胶的工艺设计

文章阐述一家刨花板厂 (含脲胶生产) 升级实验, 先利用20L实验用不锈钢釜做实验, 在原有工艺配方基础上, 经过摸索改进, 并参考文献, 做出低醛胶, 工艺放大后用于生产刨花板, 生产出符合E1级刨花板。

1 实验部分

(1) 脲醛树脂胶合成原理甲醛和尿素的反应机理非常复杂。在弱碱性环境中, 甲醛与尿素的摩尔比大于1时, 甲醛与尿素进行加成反应, 主要生成一羟甲基脲、二羟甲基脲。在酸性环境中, 羟甲脲之间, 羟甲脲与尿素之间, 通过活性大的羟甲基 (-CH2OH) 缩聚成线性结构的聚合物, 反应式如下:

(1) 加成反应

HCOH+H2NCONH2→H2NCONHCH2OH+HOCH2HN CONHCH2OH

(2) 缩聚反应

H2NCONHCH2OH+H2NCONH2→H2NCONHCH2NHC ONH2+H2O

从反应原理可知, 降低树脂中游离醛有如下途径:一是降低甲醛与尿素的摩尔比;二是改进合成工艺 (如反应温度, 加料顺序, 加料次数等) ;三是做胶时加入改性剂 (PVA、三聚氰胺等) 。本工作采用降低F/U物质的摩尔比、分批加入尿素、控制反应温度和反应时间、调节p H值、添加聚乙烯醇和三聚氰胺改性剂等方法生产低醛环保型UF树脂, 得出适宜的工艺条件和添加比例, 所得改性UF树脂胶游离甲醛的含量低, 其性能优于一般的UF树脂, 尤其在粘接速度、耐水性和强度等方面有较大的提高。

(1) 原料与设备 (1) 原料。甲醛:工业品, 浓度37%, 甲醇含量为1.5%;尿素:工业品, 质量分数为98%;三聚氰胺:工业品;聚乙烯醇:1799型;甲酸:工业品, 浓度85%;氯化铵:工业品;氢氧化钠:工业品。 (2) 主要设备仪器。20L不锈钢釜 (夹套换热) ;双金属温度计;玻璃温度计;搅拌器60rpm;玻璃冷凝器;Z一2型旋片式真空泵;JM—10电子秤;涂一4杯、p HS—25型酸度计;烧杯、秒表;精密p H试纸等。

(2) 基本配方甲醛与尿素总摩尔比1.3:1, 改性剂三聚氰胺的量为尿素总量的2%, 聚乙烯醇的量为尿素总量的1.5%。 (甲醛纯度37%, 10kg, 一次加入;尿素98%, 5.8kg, 三次加入, U1=3.28kg, U2=0.69kg, U3=1.83kg;液碱30%, 适量, 调PH值;甲酸40%, 适量, 调p H值;三聚氰胺100%, 0.116kg, 改性剂;聚乙烯醇100%, 0.087kg, 改性剂, 用前泡24小时) 。

(4) 合成工艺将配方中的甲醛溶液加到实验釜中, 开动搅拌器, 将釜内甲醛温度调到20~25℃, 用30%液碱调p H值为8.0±0.2, 加入泡好的聚乙烯醇。加入第一次尿素U1, 此时F/U=2.3, 开夹套蒸汽给釜内升温, 升温要平稳, 釜内温度达到62℃时, 停蒸汽加热。打开釜上玻璃冷凝器, 釜内温度靠反应热能平稳升至至90℃~93℃, 保温30min。保温结束后, 测PH值, 此时p H值应在6.5左右为正常。用40%甲酸调p H值至4.6~4.8, 调p H值后要注意观察温度变化, 温度不可超过95℃, 否则反应剧烈, 粘度上升快, 容易喷锅。每隔5分钟测粘度一次.当粘度达16~18S (涂一4杯, 30℃) 时, 加人第二次尿素, 此时F/U=1.9。继续测粘度, 粘度到达22S~24S (涂一4杯, 30℃) 时, 加碱调p H=7.8~8.0, 终止反应, 同时加入三次尿素, 此时F/U=1.3, 降温到到70℃。开启真空泵, 真空脱水, 保持真空度在0.068左右, 脱水时要在夹套中加入蒸汽, 保持温度在70℃, 脱水时间45min以后, 测粘度, 当粘度为52~54S (涂一4杯, 30℃) 时, 停真空泵, 停止脱水。调釜内PH值8.0~8.2, 加入改性剂三聚氰胺, 70℃下保持30min。调釜内p H=7.5~8.0, 继续降温至45℃, 出料。1.5改性低醛胶指标:符合GB/T14732—2006低醛胶标准。固含量:56%~58%;p H值:7.5~8.0;游离醛:0.1%;粘度 (25℃) :260m Pa·S~300m Pa·S;固化速度:68S;贮存期 (20℃密闭) >20d:

2 生产上的应用

实验室取得理想数据后, 此配方及工艺用在5吨釜上工业化做胶, 大釜胶的指标与小试吻合, 提供给大生产使用。以下是在刨花板生产线生产刨花板的情况。

(1) 调胶表层:脲醛树脂胶粘剂:氯化铵 (20%) :石蜡乳液:水=100∶0.5∶12∶10

芯层:脲醛树脂胶粘剂:氯化铵 (20%) :石蜡乳液=100∶l∶9

施胶量:表层10%, 芯层8% (绝干树脂:绝干刨花)

(2) 热压工艺压力:P=3.0~3.5MPa, 温度:T=200℃±10℃, 热压时间:t=14S~15S/毫米板厚度.

(3) 检测结果刨花板在生产线上随机取样后送国家木质家俱及人造板质量监督检验中心检测.物理力学性能按照相关标准检测。物理力学性能中各项指标均优于标准要求.刨花板游离甲醛释放量检测为6.4mg/100g, 符合El级刨花板要求。

3 结语

通过工艺设计, 采取降低甲醛与尿素摩尔比, 三次投放尿素, 用三聚氰胺和聚乙烯醇对脲醛树脂胶粘剂进行改性等方法来降低游离甲醛的含量, 使脲醛树脂胶粘剂中游离醛低于0.1%。同时, 通过改性, 保持胶的应有理化性能, 提高耐水性能。本文设计的低毒性刨花板用脲醛树脂, 用于刨花板生产, 根据检测结果, 刨花板的物理力学性能各项指标均优于国家标准的规定值。

摘要：本文讨论了低毒脲醛树脂胶的合成机理, 降低游离醛含量的途径。降低甲醛和尿素的投料摩尔比, 分批加入尿素和脱水工艺, 通过加入聚乙烯醇、三聚氰胺改性剂来降低游离醛的含量, 增加初粘性, 改善胶的耐水性和耐老化性。

关键词：游离醛,低毒脲醛胶,低摩尔比,改性剂,E1级板