一種刨花板用高固體含量脲醛樹脂及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種刨花板用高固體含量脲醛樹脂及其制備方法，屬于木材加工中人造板生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]脲醛樹脂(UF)是由尿素和甲醛在一定工藝條件下，經(jīng)加成、縮聚反應(yīng)而得到的一類合成樹脂。自工業(yè)化應(yīng)用以來，脲醛樹脂以其優(yōu)異的性能和低廉的成本優(yōu)勢，迅速成為木材工業(yè)中用量最大的合成樹脂。目前，脲醛樹脂在人造板加工中，使用量達到了 70~80%，在我國，其用量高達90%以上。
[0003]在脲醛樹脂的工業(yè)化生產(chǎn)中，甲醛普遍使用濃度為36~37%的水溶液，因此，合成得到的脲醛樹脂，固體含量通常在50~55%之間。然而，刨花板生產(chǎn)使用的脲醛樹脂，要求其固體含量在60%以上。為了滿足刨花板的生產(chǎn)需要，通常，合成后的脲醛樹脂在末期要進行真空脫水處理，以提高樹脂的固體含量。此工序產(chǎn)生的廢水，含有大量的甲醇、甲醛。對此類污水的處理通常難以做到達標(biāo)排放，對環(huán)境造成了污染，特別是對周圍水環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重污染。與此同時，在膠液的脫水處理過程中，產(chǎn)生的能耗也非常驚人。
[0004]以高濃度甲醛代替37%的甲醛水溶液，用于脲醛樹脂的合成，可以有效解決上述問題，從根本上徹底消除廢水帶來的污染。但是，高濃度甲醛貯存穩(wěn)定性極差，在較短時間內(nèi)便會發(fā)生聚合，不利于工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。
[0005]脲醛預(yù)縮液(UFC)是尿素與高濃度甲醛在一定條件下的反應(yīng)產(chǎn)物，是二羥甲基脲、三羥甲基脲、四羥甲基脲、甚至脲醛樹脂低聚物的混合物。在脲醛預(yù)縮液中，尿素與甲醛的摩爾比較高，F(xiàn)/U可達4~6:1，甲醛明顯過量，因此，在脲醛樹脂制備過程中，可使用脲醛預(yù)縮液代替甲醛溶液。使用脲醛預(yù)縮液制備脲醛樹脂時，由于脲醛預(yù)縮液較之于甲醛溶液的高固體含量(前者可達50?85%)，最終制備得到的脲醛樹脂固體含量可達到60%左右，無需脫水處理，從而從根本上消除了制膠過程中的廢水污染問題，節(jié)約了治污設(shè)備資金和治污設(shè)備運行費用。同時，較之于高濃度甲醛溶液，脲醛預(yù)縮液具有儲存穩(wěn)定性好、腐蝕性小等優(yōu)點。
[0006]本發(fā)明正是在以上背景條件下，開發(fā)的一種刨花板用高固體含量脲醛樹脂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)之不足，提供一種新型的刨花板用高固體含量脲醛樹脂。
[0008]本發(fā)明的另一個目的在于以現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備為基礎(chǔ)，提供一種簡單、操作容易的高固體含量脲醛樹脂的生產(chǎn)方法。
[0009]本發(fā)明的刨花板用高固體含量脲醛樹脂，無需脫水，可直接用于刨花板的生產(chǎn)，可為生產(chǎn)企業(yè)節(jié)約大量的廢水處理能耗。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的刨花板用高固體含量脲醛樹脂，提供如下制備方法: (1)將脲醛預(yù)縮液一次性加入到反應(yīng)釜中，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為8~8.5 ；
(2)在攪拌條件下，加熱升溫至55飛0°C之間時，加入第一次尿素，控制反應(yīng)體系中甲醛與尿素的摩爾比為1.9~2.2 ；
(3)繼續(xù)升溫至88~90°C，調(diào)整pH值為8~8.5，加入第二次尿素，控制反應(yīng)體系中甲醛與尿素的摩爾比為1.r1.6，保溫反應(yīng)30~40分鐘；
(4)用酸溶液調(diào)整pH值為5~5.5，反應(yīng)至要求粘度；
(5)降低反應(yīng)體系溫度至65~70°C之間時，調(diào)整pH值為7.8?8.0，加入第三次尿素，控制反應(yīng)體系中甲醛與尿素摩爾比為1.2~1.0，停止加熱，降溫至40°C以下時，放料，得到脲醛樹脂。
[0011]所述的脲醛預(yù)縮液為尿素與甲醛的反應(yīng)產(chǎn)物，可以自制，也可以為市售商品。其特征在于尿素與甲醛摩爾比F/U為4~6:1，固體含量為50~85%。
[0012]所述脲醛樹脂的制備，要求在35~45分鐘內(nèi)溫度從55_60°C升至88-90°C。
[0013]所述脲醛樹脂的制備，氫氧化鈉溶液質(zhì)量分數(shù)濃度為20~30%。酸溶液可選自甲酸、乙酸、鹽酸中的一種或多種配合，質(zhì)量分數(shù)濃度為30~35%。要求粘度為25°C測試條件下，涂-4杯測量值為16~18秒。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
本發(fā)明中的刨花板用高固體含量脲醛樹脂，利用脲醛預(yù)縮液代替通常工業(yè)化使用的37%甲醛水溶液用于脲醛樹脂的合成，操作工藝簡單、易行。所合成的樹脂具備較高的固體含量、貯存穩(wěn)定性好，無需脫水，可直接用于刨花板的生產(chǎn)，避免了脫水能耗，降低了制膠成本，同時，從根本上杜絕了了制膠廢水的產(chǎn)生，解決了生產(chǎn)企業(yè)制膠廢水污染問題。脲醛預(yù)縮液的使用也有利于減少脲醛樹脂制備中使用醛的運輸成本。
[0015]【具體實施方式】:
以下的具體實施例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0016]實施例1:
該脲醛樹脂的合成按如下步驟進行:
(1)脲醛預(yù)縮液(UFC)的制備
a.稱取尿素1摩爾，加入到預(yù)先升溫至50°C的反應(yīng)釜中，用質(zhì)量分數(shù)為30%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至9.0 ；
b.加入質(zhì)量濃度為50%的甲酸3.0摩爾,然后,用質(zhì)量分數(shù)為30%的氣氧化鈉溶液調(diào)整pH值至9.0 ；
c.在攪拌下，繼續(xù)升溫至80°C，升溫時間控制在25~30分鐘；
d.待反應(yīng)釜中的溶液變清時，再次用質(zhì)量分數(shù)為40%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至
9.0，加入質(zhì)量濃度為50%的甲醛2.0摩爾；
e.繼續(xù)保溫反應(yīng)120分鐘后，降溫，放料。
[0017](2)高固體含量脲醛樹脂的合成
利用步驟(1)中合成的脲醛預(yù)縮液，按照以下步驟合成高固體含量脲醛樹脂:
a.稱取步驟(1)中制備好的100克脲醛預(yù)縮液，在常溫條件下，加入到反應(yīng)釜中，用30%的氫氧化鈉溶液調(diào)整pH值至8?8.5 ；
b.在攪拌下，升溫至55°C時，加入第一次尿素，使反應(yīng)體系中甲醛與尿素的摩爾比保持在2.Ο ；
c.繼續(xù)升溫至90°C時，調(diào)整反應(yīng)體系pH值至8~8.5，加入第二次尿素，此時，保持反應(yīng)體系中甲醛與尿素的摩爾比為1.5，保溫反應(yīng)35分鐘；
d.然后用35%的甲酸溶液調(diào)整pH值至5~5.5，反應(yīng)至要求粘度:20_25°C條件下，涂_4杯16 18秒；
e.降溫至70°C，調(diào)整pH值為7.8~8.0，加入第三次尿素，使體系中甲醛與尿素的摩爾比保持在1.0;
f.關(guān)閉加熱系統(tǒng)，自行降溫至40°C以下時，放料。
[0018]樹脂的性能指標(biāo)如下:
外觀乳白色液體
粘度20~22秒
固體含量64 65%
游離甲醛含量〈0.25%
pH 值7.(Γ7.5
貯存期> 30天
實施例2:
該脲醛樹脂的合成按如下步驟進行:
(1)脲醛預(yù)縮液(UFC)的制備
a.稱取尿素1摩爾，加入到預(yù)先升溫至50°C的反應(yīng)釜中，用質(zhì)量分數(shù)為30%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至9.0 ；
b.加入質(zhì)量濃度為50%的甲酸4.0摩爾,然后,用質(zhì)量分數(shù)為40%的氣氧化鈉溶液調(diào)整pH值至9.0 ；
c.在攪拌下，繼續(xù)升溫至90°C，升溫時間控制在30~35分鐘；
d.待反應(yīng)釜中的溶液變清時，再次用質(zhì)量分數(shù)為40%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至
9.0，加入質(zhì)量濃度為50%的甲醛2.0摩爾；
e.繼續(xù)保溫反應(yīng)90分鐘后，降溫，放料。
[0019](2)高固體含量脲醛樹脂的合成
利用步驟(1)中合成的脲醛預(yù)縮液，按照以下步驟合成高固體含量脲醛樹脂:
a.稱取步驟(1)中制備好的100克脲醛預(yù)縮液，在常溫條件下，加入到反應(yīng)釜中，用40%的氫氧化鈉溶液調(diào)整pH值至8?8.5 ；
b.在攪拌下，升溫至60°C時，加入第一次尿素0.48摩爾，使反應(yīng)體系中甲醛與尿素的摩爾比保持在2.0 ；
c.繼續(xù)升溫至90°C時，調(diào)整反應(yīng)體系pH值至8?8.5，加入第二次尿素0.18摩爾，此時，保持反應(yīng)體系中甲醛與尿素的摩爾比為1.6，保溫反應(yīng)35分鐘；
d.然后用35%的甲酸溶液調(diào)整pH值至5~5.5，反應(yīng)至要求粘度:20~25°C條件下，涂_4杯16 18秒；
e.降溫至70°C，調(diào)整pH值為7.8~8.0，加入第三次尿素0.30摩爾，使體系中甲醛與尿素的摩爾比保持在1.2 ;
f.關(guān)閉加熱系統(tǒng)，自行降溫至40°C以下時，放料。
[0020]樹脂的性能指標(biāo)如下:
外觀乳白色液體粘度18~20秒固體含量62~64%
游離甲醛含量〈0.3%
pH 值7.(Γ7.5
貯存期>45天。
【主權(quán)項】
1.一種刨花板用高固體含量脲醛樹脂，其特征在于制備該樹脂的原料包括脲醛預(yù)縮液、尿素、酸和堿性催化劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刨花板用高固體含量脲醛樹脂，其特征在于所述的脲醛預(yù)縮液為尿素與甲醛的反應(yīng)產(chǎn)物，可以自制，也可以為市售商品。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刨花板用高固體含量脲醛樹脂，其特征在于所述的脲醛預(yù)縮液中尿素與甲酸摩爾比F/U為4~6:1,固體含量為50~85%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刨花板用高固體含量脲醛樹脂，其特征在于所述的酸性催化劑可選自甲酸、乙酸、鹽酸中的一種或多種配合，質(zhì)量分數(shù)濃度為10~30%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刨花板用高固體含量脲醛樹脂，其特征在于所述的堿性催化劑為氫氧化鈉溶液，質(zhì)量分數(shù)濃度為20~30%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刨花板用高固體含量脲醛樹脂，其特征在于制備按以下步驟(1)至(5)進行: (1)將脲醛預(yù)縮液一次性加入到反應(yīng)釜中，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為8?8.5 ； (2)在攪拌條件下，加熱升溫至55飛0°C之間時，加入第一次尿素，控制反應(yīng)體系中甲醛與尿素的摩爾比為1.9~2.2 ； (3)繼續(xù)升溫至88~90°C，調(diào)整pH值為8~8.5，加入第二次尿素，控制反應(yīng)體系中甲醛與尿素的摩爾比為1.r1.6，保溫反應(yīng)30~40分鐘； (4)用酸溶液調(diào)整pH值為5~5.5，反應(yīng)至要求粘度； (5)降低反應(yīng)體系溫度至65~70°C之間時，調(diào)整pH值為7.8?8.0，加入第三次尿素，控制反應(yīng)體系中甲醛與尿素摩爾比為1.2~1.0，停止加熱，降溫至40°C以下時，放料，得到脲醛樹脂。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種刨花板用高固體含量脲醛樹脂的制備方法， 其特征在于步驟(3)中要求在35~45分鐘內(nèi)升溫至88~90°C。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種刨花板用高固體含量脲醛樹脂的制備方法，其特征在于步驟(4)中要求粘度為25°C條件下，涂-4杯測試值為16~18秒。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種刨花板用高固體含量脲醛樹脂及其制備方法。本發(fā)明中首先合成脲醛預(yù)縮液(UFC)；其次，由UFC合成常規(guī)脲醛樹脂。其主要特征在于脲醛預(yù)縮液的固體含量高，F(xiàn):U的摩爾比在4.5及以上，具有優(yōu)異的貯存穩(wěn)定性。由UFC合成的脲醛樹脂，UFC于樹脂合成反應(yīng)開始階段一次性加入，尿素分多次加入。其中，第一次尿素于反應(yīng)開始階段加入，加入第一次尿素后，甲醛與尿素的摩爾比控制在2.0左右；第二次尿素于反應(yīng)中期加入；第三次尿素于反應(yīng)后期加入。本發(fā)明所述脲醛樹脂及其制備方法，樹脂具有較高的固體含量、貯存穩(wěn)定性好、性能優(yōu)異，無需脫水，可直接用于刨花板的生產(chǎn)。其顯著特征在于，可減少甲醛的運輸成本，消除制膠過程中產(chǎn)生的制膠廢液，保護環(huán)境。
【IPC分類】C08G12/12, C09J161/24
【公開號】CN105418866
【申請?zhí)枴緾N201410487548
【發(fā)明人】王輝, 雷洪, 杜官本
【申請人】西南林業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2014年9月23日