趙厚寬,王 鵬,謝星鵬3,葉哲孜,謝益民?
(1.湖北工業(yè)大學(xué) 制漿造紙研究院,湖北 武漢 430068;2.湖北工業(yè)大學(xué) 輕工材料湖北省重點實驗室,湖北 武漢 430068;3.武漢生物工程學(xué)院藥學(xué)院,湖北 武漢 430415)
脲醛樹脂合成過程中游離甲醛的抑制
趙厚寬1,2,王 鵬1,2,謝星鵬3,葉哲孜1,2,謝益民1,2?
(1.湖北工業(yè)大學(xué) 制漿造紙研究院,湖北 武漢 430068;2.湖北工業(yè)大學(xué) 輕工材料湖北省重點實驗室,湖北 武漢 430068;3.武漢生物工程學(xué)院藥學(xué)院,湖北 武漢 430415)
研究了脲醛樹脂合成過程中抑制游離甲醛的方法,討論了合成工藝的優(yōu)化以及單寧酸和可溶性堿木質(zhì)素作為降醛劑的效果。結(jié)果表明:優(yōu)化后的合成工藝為甲醛與尿素的物質(zhì)的量比為1.2∶1,縮聚反應(yīng)階段溫度和pH值分別為95℃和5.0,三聚氰胺用量為尿素與甲醛總質(zhì)量的2%,聚乙烯醇用量為尿素質(zhì)量的1%。采用該工藝條件可使的產(chǎn)品中游離甲醛的量降到0.18%,黏度為16.2 s,固體質(zhì)量分數(shù)為52.96%,儲存時間大于45 d。采用單寧酸用量為尿素質(zhì)量的2%時,產(chǎn)品中游離甲醛量為0.09%,固體質(zhì)量分數(shù)為53.44%,黏度為16.9 s;可溶性堿木質(zhì)素用量為尿素質(zhì)量的5%時,游離甲醛的量為0.15%,其他指標(biāo)與添加單寧酸的樣品相似。
脲醛樹脂;游離甲醛;降醛劑;單寧酸;木質(zhì)素
脲醛樹脂膠因具有膠合強度高、固化速度快、合成工藝簡單、使用方便、性能較好、成本低廉、原料來源比較豐富等優(yōu)點成為我國人造板、木材加工行業(yè)最常用的粘合劑之一。有文獻顯示我國脲醛樹脂的用量占木工行業(yè)用膠量的80%以上[1-3]。脲醛樹脂一般是由尿素與甲醛合成的,傳統(tǒng)理論認為,脲醛樹脂的合成主要分為2個階段,第一個階段為加成反應(yīng)階段,即羥甲基脲生成;第二階段為縮聚反應(yīng)階段,即樹脂化階段,因此,脲醛樹脂合成過程中通常是分2次加料。采用傳統(tǒng)合成工藝生產(chǎn)脲醛樹脂的過程中游離甲醛含量較高,在使用過程中會釋放甲醛氣體,因此如何在不影響膠的綜合性能的條件下尋找新的工藝或者改進傳統(tǒng)工藝以降低游離態(tài)甲醛含量迫在眉睫。本研究采用了2種抑制甲醛的方法,一種是優(yōu)化工藝條件,尤其是嚴格控制尿素和甲醛的物質(zhì)的量比、縮聚反應(yīng)的溫度和pH值、三聚氰胺的用量以及降醛劑聚乙烯醇(PVA)的量,優(yōu)化傳統(tǒng)工藝參數(shù)以得出最優(yōu)的合成工藝;另一種是采用降醛效果好且成本合適的高效新型降醛劑,主要對單寧酸以及可溶性堿木質(zhì)素作為降醛劑的效果進行了分析,以期為游離甲醛的抑制提供理論依據(jù)。
1.1 材料與儀器
甲醛、尿素、三聚氰胺、NaOH、10%的甲酸溶液、聚乙烯醇(PVA)、HCl、NH4Cl、六亞甲基四胺、單寧酸,分析純;堿木質(zhì)素:可溶性燒堿-蒽醌法自制[4-5]。黏度計、數(shù)字pH計等。
1.2 脲醛樹脂合成工藝優(yōu)化
將已計量好的甲醛加入帶有轉(zhuǎn)子的四口燒瓶中,用300 g/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)甲醛的pH值,使pH值達到8.5,加入第一批尿素(占尿素總質(zhì)量的60%),升溫至80℃,進入生成一羥甲基脲和二羥甲基脲的加成反應(yīng)階段,反應(yīng)1 h;接著加10%甲酸分別調(diào)節(jié)pH值至3.0、3.5、4.0、4.5、5.0和5.5,升溫至一定溫度,此階段為縮聚反應(yīng)階段,反應(yīng)1.5h;然后,加入第二批尿素(占尿素總質(zhì)量的15%),同時加入一定量的交聯(lián)劑三聚氰胺,再加入計量的聚乙烯醇反應(yīng)30min后,調(diào)溫度為80℃,并調(diào)pH值為8.0,加入第三批尿素(占尿素總質(zhì)量的25%),通過加成反應(yīng)降低殘留甲醛含量。繼續(xù)反應(yīng)30min后,將產(chǎn)品冷卻至30℃后倒入儲存瓶中儲存,并調(diào)產(chǎn)品pH值為7.5。
1.3 添加新型降醛劑的脲醛樹脂合成工藝
按1.2節(jié)操作,不同之處為第二批尿素加入量為40%,第三批尿素以一定量的新型降醛劑(單寧酸或可溶性堿木質(zhì)素[6-7])代替,通過酚醛縮合反應(yīng)降低殘余甲醛的含量。其余操作均同1.2節(jié)。
1.4 脲醛樹脂中游離甲醛含量的測定
根據(jù)GB/T 14074.16—1993計算脲醛樹脂中游離甲醛的量。
1.5 脲醛樹脂黏度的測定
采用涂料用4號杯,通過在25℃下測量流速來測定樹脂的黏度[8]。
1.6 脲醛樹脂中固體質(zhì)量分數(shù)的計算
用稱量瓶精確稱取1 g產(chǎn)品(質(zhì)量記為m1),放入120℃烘箱里烘干1 h,然后放入干燥器中冷卻至室溫,稱量干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量(m2)。脲醛樹脂中固體質(zhì)量分數(shù)(w,%)由w=m2/m1×100%計算得到。
1.7 脲醛樹脂固化時間的測定
在錐形瓶中加入4 g水、1 g氯化銨和0.6 g六亞甲基四胺。38℃下攪拌30min,冷卻后得到固化劑,備用。取5 g左右脲醛樹脂產(chǎn)品放入試管,加3滴固化劑,用玻璃棒攪拌,一直到樹脂完全固化,記錄攪拌的時間即為固化時間。
2.1 工藝條件對產(chǎn)品的影響
2.1.1 甲醛與總尿素物質(zhì)的量比 原料中甲醛(F)與尿素(U)的物質(zhì)的量之比(n(F)/n(U))會對產(chǎn)品性能產(chǎn)生影響。n(F)/n(U)增大時雖然形成的二羥甲基脲較多,樹脂的粘合能力高,穩(wěn)定性好,但是產(chǎn)品中游離甲醛的量也隨之增大[9];當(dāng)n(F)/n(U)低于1.0時,雖然游離甲醛的量減少,但會形成大量的一羥甲基脲,粘合性能變差,穩(wěn)定性也變差[10]。因此,選擇甲醛與尿素的物質(zhì)的量比值在1.1~1.5進行研究??刂瓶s聚階段pH值5.0,縮聚反應(yīng)溫度95℃,三聚氰胺用量2%(質(zhì)量分數(shù),以甲醛和尿素總質(zhì)量計,下同),聚乙烯醇用量1%(質(zhì)量分數(shù),以尿素質(zhì)量計,下同),改變n(F)/n(U),合成了一系列的脲醛樹脂樣品。探討n(F)/n(U)變化對產(chǎn)品游離甲醛的量、固體質(zhì)量分數(shù)、黏度以及固化時間的影響,結(jié)果如表1所示。
從表1可知,隨著n(F)/n(U)比值的升高,樹脂中游離甲醛含量也不斷升高,而黏度和固化時間降低。因此想要降低產(chǎn)品中游離甲醛含量,要盡量采用較低的物質(zhì)的量比。然而,通過降低甲醛與尿素物質(zhì)的量比來降低產(chǎn)品中游離甲醛的含量,雖然在一定范圍內(nèi)有效果,但同時會引起黏度升高,而太高的黏度會在一定程度上導(dǎo)致產(chǎn)品膠合強度的降低。這是因為在脲醛樹脂的組分中,與木材間起粘附力作用的主要是二羥甲基脲,而對黏度起主要貢獻的是三羥甲基脲和四羥甲基脲,脲醛樹脂黏度太高意味著三羥甲基脲和四羥甲基脲含量高,相應(yīng)的二羥甲基化合物的含量低,因此導(dǎo)致粘附力弱,即產(chǎn)品膠合強度降低。然而在實際生產(chǎn)中二羥甲基含量也不能太高[11],二羥甲基含量過高會使產(chǎn)品的耐水性降低,同時也會提高板材熱壓時甲醛的釋放量。降低物質(zhì)的量比還會造成樹脂貯存穩(wěn)定性降低[12]、固化時間延長等不良后果。因此,通過降低原料中n(F)/n(U)來降低甲醛釋放量是很有限的,必須通過加入降醛劑捕捉聚合反應(yīng)基本結(jié)束后剩余的甲醛,從而制得甲醛釋放量低、性能好的脲醛樹脂。綜合以上數(shù)據(jù)可以得出最佳甲醛與尿素的物質(zhì)的量比值為1.2。
表1 甲醛與尿素物質(zhì)的量比對脲醛樹脂性能的影響Table 1 Effect of n(F)/n(U)on characteristics of urea-formaldehyde resins
2.1.2 縮聚反應(yīng)階段的pH值 制備脲醛樹脂采用的工藝一般都是先弱堿性,然后調(diào)成弱酸性,最后再回調(diào)成堿性。這是因為尿素和甲醛的加成反應(yīng)需在堿性條件下進行以生成一羥甲基脲和二羥甲基脲,而羥甲基脲進一步縮合成帶支鏈的高分子的縮聚階段需要在弱酸條件下進行,這一階段要嚴格控制pH值,而只有經(jīng)過縮聚階段才能使脲醛膠具有足夠的膠合強度。最后階段調(diào)成堿性的目的有2個:一是因為最后一步需要加入尿素,尿素和殘余甲醛只有在堿性條件下才能進行加成反應(yīng)生成具有良好膠合性能的羥甲基脲,二是在弱堿性條件下產(chǎn)品保存的時間更長一點。調(diào)節(jié)合適的酸堿度可以提高反應(yīng)效率和脲醛樹脂的綜合性能。
縮聚反應(yīng)階段的pH值會對產(chǎn)品的性能產(chǎn)生十分顯著的影響。將縮聚階段的溫度控制在95℃,n(F)/n(U)比值為1.2,三聚氰胺用量2%,聚乙烯醇用量1%,分析此階段pH值對產(chǎn)品的影響,結(jié)果見表2。
表2 縮聚反應(yīng)階段pH值對脲醛樹脂性能的影響Table 2 Effect of pH value on characteristics of urea-formaldehyde resin in the condensation stage
羥甲基脲縮聚生成脲醛樹脂的反應(yīng)若體系酸性過強(pH<3.5),則聚合反應(yīng)劇烈,生成不溶性聚合物,使膠液很快變渾,控制不當(dāng)會在反應(yīng)過程中出現(xiàn)凝膠甚至固化事故[13]。如果pH值太高(超過5.5)則會使產(chǎn)品聚合度偏低,影響產(chǎn)品穩(wěn)定性和膠合性能。從表2可見,pH值對產(chǎn)物變渾濁時間以及固體質(zhì)量分數(shù)有一定的影響,但是對游離甲醛的量影響不是很大。pH值過低,反應(yīng)易出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象[14],如表中所示,pH值為3.0時,反應(yīng)過程中直接發(fā)生凝膠化,pH值為3.5~4.5時,所得產(chǎn)品在2 h 到15 d之間變成凝膠,無法使用,不能滿足實際生產(chǎn)的要求,而且反應(yīng)產(chǎn)物變渾濁時間小于23h。當(dāng)pH值為5.0時,反應(yīng)產(chǎn)物變渾濁時間為41h,而且脲醛樹脂產(chǎn)品的儲存時間大于45 d,產(chǎn)品在后續(xù)使用過程中的粘合性能也證明該膠料是最佳的。當(dāng)pH值大于5.0時,縮聚階段反應(yīng)速率變慢,形成的體型高分子量就會變少,如pH值為5.5時,產(chǎn)品的存儲期大于40 d,穩(wěn)定性不如pH值5.0時的產(chǎn)品,而且反應(yīng)產(chǎn)物變渾濁時間為48 h,也不是企業(yè)生產(chǎn)控制的最佳值。綜合以上分析,縮聚階段的pH值為5.0最合適。
2.1.3 縮聚階段的反應(yīng)溫度 縮聚階段對溫度十分敏感,溫度越高,反應(yīng)速率越快,產(chǎn)品聚合度越高,生產(chǎn)周期也會變短。反應(yīng)過程中若溫度太高則會使縮聚反應(yīng)過于劇烈,迅速形成以體型為主的高分子聚合物,導(dǎo)致產(chǎn)品黏度過大,進而出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象,影響脲醛樹脂的性能,而溫度過低會使反應(yīng)速率變慢,形成的聚合物相對分子質(zhì)量低,導(dǎo)致樹脂聚合度低,黏度也低,進而造成樹脂固化過慢、膠層機械強度降低等不良后果。
將縮聚反應(yīng)pH值調(diào)節(jié)到5.0,n(F)/n(U)比值為1.2,三聚氰胺用量2%,聚乙烯醇用量1%,分析縮聚階段溫度的變化對脲醛產(chǎn)品性能的影響,結(jié)果見表3。
表3 縮合反應(yīng)階段溫度對脲醛樹脂性能的影響Table 3 Effect of temperature on characteristics of urea-formaldehyde resin in the condensation stage
由表3可知,隨著溫度的升高,樣品的黏度和固體質(zhì)量分數(shù)均升高,而固化時間和游離甲醛含量隨之降低。當(dāng)溫度超過95℃后,反應(yīng)速率很快不容易控制,生成大量的高聚物,樹脂的黏度太高,達到19.33 s,而溫度低于85℃時固化時間太長,因此,反應(yīng)溫度應(yīng)控制在95℃時最適宜。
2.1.4 三聚氰胺的用量 三聚氰胺是改善低物質(zhì)的量比脲醛樹脂膠黏劑性能最常用的交聯(lián)劑及游離甲醛捕捉劑。在n(F)/n(U)比值1.2條件下,將縮聚反應(yīng)的條件控制在pH值5.0、溫度95℃、聚乙烯醇用量1%,改變?nèi)矍璋酚昧?,分析其對產(chǎn)品性能的影響,結(jié)果見表4。
表4 三聚氰胺用量對脲醛樹脂性能的影響Table 4 Effect of the dosage ofmelam ine on characteristics of urea-formaldehyde resin
由表4可知,隨著三聚氰胺用量的增加,游離甲醛量不斷降低,而固化時間、黏度和固體質(zhì)量分數(shù)增加。這是因為三聚氰胺是具有6個活性官能團的物質(zhì),而且每個官能團均能與甲醛進行加成反應(yīng),三聚氰胺與甲醛的反應(yīng)可以生成一系列的從二羥甲基三聚氰胺到六羥甲基三聚氰胺的混合物[15],從而在縮聚過程中不僅增加了支鏈,而且通過交聯(lián)提高了聚合度,同時消耗了較多的游離甲醛。隨著三聚氰胺的交聯(lián)反應(yīng)的進行,樹脂中游離的羥甲基減少,降低了樹脂的固化速度,太低的固化速度會導(dǎo)致在同樣的熱壓條件下固化不完全,進而使板材的膠合強度下降[16-19]。因此,三聚氰胺的用量也不可過高。
當(dāng)三聚氰胺用量未達到尿素和甲醛總質(zhì)量的2%時,游離甲醛量變化很大,超過2%以后,游離甲醛量變化幅度很小,但固體質(zhì)量分數(shù)和黏度增大均較為明顯,綜合考慮三聚氰胺用量為尿素和甲醛總質(zhì)量的2%為宜。
2.1.5 聚乙烯醇用量 聚乙烯醇是高分子化合物,不僅可以通過與甲醛的共聚來降低游離甲醛的含量,而且具有良好的韌性和彈性,將其分子鏈嵌入脲醛樹脂分子鏈中,可提高分子鏈的柔韌性,使膠層在一定范圍內(nèi)隨著應(yīng)力的變化而伸縮,從而減小應(yīng)力對膠合強度的削弱,提高膠層的耐老化能力[20]。n(F)/n(U)比值為1.2,縮聚反應(yīng)pH值5.0,溫度95℃,三聚氰胺用量2%,分析聚乙烯醇用量(質(zhì)量分數(shù),以尿素總質(zhì)量計,下同)對產(chǎn)品性能的影響,結(jié)果見表5。
表5 聚乙烯醇用量對脲醛樹脂性能的影響Table 5 Effect of dosage of PVA on characteristics of urea-formaldehyde resin
從表5中可以看出隨著聚乙烯醇用量的不斷提高,游離甲醛量不斷減少,但固體質(zhì)量分數(shù)、黏度和固化時間不斷增加。顯然,游離甲醛量隨聚乙烯醇用量的增加而降低,但是由于聚乙烯醇的價格比較昂貴,另外考慮到合適的黏度為15.5~16.5 s,故選擇聚乙烯醇用量為1%。當(dāng)聚乙烯醇用量為1%時,產(chǎn)品中游離態(tài)甲醛為0.18%,固體質(zhì)量分數(shù)為52.96%,固化時間為72 s,黏度為16.2 s。
綜合上述的分析結(jié)果,最佳工藝條件為甲醛與尿素的物質(zhì)的量比值為1.2,在縮聚階段溫度應(yīng)該控制在95℃,pH值應(yīng)控制在5.0,三聚氰胺用量為尿素與甲醛總質(zhì)量的2%,聚乙烯醇用量為尿素質(zhì)量1%時,此條件下得到的產(chǎn)品含游離甲醛量為0.18%,固體質(zhì)量分數(shù)52.96%,黏度16.2 s,固化時間72 s。
2.2 新型降醛劑對脲醛樹脂性能的影響
2.2.1 單寧酸用量的影響 單寧酸是一種多酚類物質(zhì),與甲醛反應(yīng)可生成酚醛樹脂,在合成脲醛樹脂的后期,即縮聚反應(yīng)結(jié)束后加入一定量的單寧酸作為甲醛捕捉劑,可大大降低游離甲醛的含量,本研究過程中,尿素分2次加入,反應(yīng)基本結(jié)束后加入單寧酸替代尿素,控制其他條件不變,改變單寧酸用量(質(zhì)量分數(shù),以尿素總質(zhì)量計,下同)。分析單寧酸用量對產(chǎn)品性能的影響,結(jié)果見表6。
表6 單寧酸用量對脲醛樹脂性能的影響Table 6 Effect of dosage of tannic acid on characteristics of urea-formaldehyde resin
由表6可以看出,當(dāng)單寧酸用量不斷增加時游離甲醛的含量不斷降低,單寧酸用量為尿素總質(zhì)量2%附近出現(xiàn)拐點。這是由于單寧酸本身是由C6-C1結(jié)構(gòu)單元形成的多酚類化合物,多酚類化合物能與甲醛縮合成酚醛樹脂,所以使用單寧酸會減少游離甲醛的量,但會促進脲醛樹脂膠體型結(jié)構(gòu)的形成,使產(chǎn)品中體型分子不斷增多,從而使產(chǎn)品的穩(wěn)定性降低。當(dāng)單寧酸用量超過5%時,反應(yīng)產(chǎn)物靜止2 h后出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象,而且加入過多的單寧酸會使產(chǎn)品的顏色變深。因此,綜合考慮,選擇單寧酸用量為2%,此時游離甲醛量降低很多,且對其他性能影響不大。
2.2.2 可溶性堿木質(zhì)素用量的影響 木質(zhì)素是一種天然高分子材料[21-22],因為木質(zhì)素屬于C6-C3結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的多酚類物質(zhì),同樣可與甲醛發(fā)生加成反應(yīng),生成酚醛樹脂。在合成脲醛樹脂的后期加入一定量的可溶性木質(zhì)素作為甲醛的捕捉劑,也可以大大降低游離甲醛的含量,還可以代替部分尿素。采用2次加入尿素的方法,控制其他條件不變,改變可溶性堿木質(zhì)素的用量(質(zhì)量分數(shù),以尿素總質(zhì)量計,下同),分析堿木質(zhì)素的用量對產(chǎn)品性能的影響,結(jié)果如圖1和圖2所示。
圖1 游離甲醛的量隨木質(zhì)素用量的變化Fig.1 Free formaldehyde content variesw ith the dosage of lignin
圖2 黏度隨木質(zhì)素用量的變化Fig.2 Change of viscosity w ith different lignin dosages
從圖1和圖2可以看出,隨著木質(zhì)素的加入,游離甲醛的量也會隨之降低,因此木質(zhì)素加入的越多,游離甲醛的量降低得越多,但是黏度也會變大,當(dāng)木質(zhì)素用量超過尿素質(zhì)量的10%時,就會出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。而且隨著木質(zhì)素的加入,產(chǎn)品的顏色會不斷加深。因此,雖然木質(zhì)素的效果很好,但是由于產(chǎn)品的顏色的和黏度等原因,從圖1和圖2的拐點可以明顯地看出,木質(zhì)素用量控制在5%是比較合適的,此時游離甲醛的量為0.15%,黏度為16.2 s。
3.1 對脲醛樹脂的制備工藝進行改進,研究結(jié)果表明,最佳工藝條件為甲醛與尿素的物質(zhì)的量比值為1.2,縮聚階段溫度和pH值分別為95℃和5.0,三聚氰胺用量為尿素與甲醛總質(zhì)量的2%,聚乙烯醇用量為尿素質(zhì)量1%。采用上述工藝可使脲醛中游離甲醛的量下降到0.18%,黏度為16.2 s,固化時間為72 s,固體質(zhì)量分數(shù)為52.96%。
3.2 使用天然多酚類降醛劑單寧酸和可溶性堿木質(zhì)素,降醛效果都比較好,用量分別為尿素質(zhì)量的2% 和5%時能使游離甲醛量降到0.09%和0.15%左右,同時也替代了部分尿素,但是也存在缺點,由于它們都屬于分子量較大的有色的多酚類物質(zhì),聚合時主要形成體型高分子,加入量太高會出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象,而且膠料在不同程度上均有顏色。
[1]嚴順英,顧麗莉.脲醛樹脂的研究現(xiàn)狀與研究前景[J].化工科技,2005,13(4):50-54.
[2]HSE C Y,XIA Z Y,TOMITA B.Effectof reaction pH on properties and performance of urea-formaldehyde resins[J].Holzforschung,1994,48 (3):527-532.
[3]SOULARD C,KAMOUN C.Uron and uron-urea-formaldehyde resins[J].Journal of Applied Polymer Science,1999,72(2):277-289.
[4]BJ?RKMAN A.Studies of finely divided wood.Part 1.Extraction of lignin with neutral solvents[J].Svensk Papperstidning,1956,59(13): 477-485.
[5]吳晨曦,葉哲孜,謝益民.楊木MWL和LCC制備多孔生物載體及其在人體肝細胞培養(yǎng)中的應(yīng)用[J].生物質(zhì)化學(xué)工程,2016,50(5): 7-11.
[6]常連舉,張宗和.藥用單寧酸制備新工藝的研究[J].生物質(zhì)化學(xué)工程,2010,44(3):6-10.
[7]張?zhí)?,張宗?膜分離技術(shù)制備高純單寧酸的研究[J].生物質(zhì)化學(xué)工程,2007,41(4):1-5.
[8]郭嘉,舒?zhèn)?環(huán)保型脲醛樹脂合成的研究[J].化學(xué)與黏合,2006,28(2):74-76.
[9]高偉,李建章.脲醛樹脂膠黏劑低毒化改性劑研究進展[J].化學(xué)與黏合,2006,28(6):424-428.
[10]張朝軍,雷步增.低毒脲醛樹脂合成工藝條件的優(yōu)化研究[J].中國膠黏劑,2005,14(5):22-25.
[11]曲保雪,朱立紅,張曉燕.國內(nèi)木材工業(yè)中低毒脲醛樹脂研究進展[J].河北林果研究,2007,22(2):165-169.
[12]金立維,王春鵬.E1級三聚氰胺改性脲醛樹脂的制備與性能研究[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè),2005,25(1):40-44.
[13]于紅衛(wèi),傅深淵.低毒脲醛樹脂的合成[J].浙江林學(xué)院學(xué)報,2002,19(2):122-126.
[14]MOUBARIK A,MANSOURIH R,PIZZI A.Improving UF particle board adhesives water resistance by small albumin and sunflower oil additions[J].European Journal ofWood and Wood Products,2013,71(2):277-279.
[15]PARKB D,LEESM,ROHJK.Effect of formaldehyde/urea mole ration and melamine content on the hydrolytic stability of cured ureamelamine-formaldehyde resin[J].European Journal ofWood and Wood Products,2009,67:121-123.
[16]文美玲,顧繼友.低甲醛釋放脲醛樹脂的合成溫度與固化性能[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2015,43(4):123-126.
[17]KADRIS,TIIT K,TONISP,et al.Thermal behaviour ofmelamine-modified urea-formaldehyde resins[J].Journal of Thermal Analysis and Calorimetry,2010,99(3):755-763.
[18]蔡祖善.淺談人造板用膠粘劑生產(chǎn)現(xiàn)狀與趨勢[J].林產(chǎn)工業(yè),1995,22(3):1-3.
[19]閆文濤,張永娟,張雄,等.三聚氰胺脲醛樹脂膠粘劑的改性[J].精細石油化工進展,2008,9(6):29-32.
[20]COLAK S,COLAKOGLU G,GULER K.Effect of hardener on some technological properties of particle board produced from MUF adhesive with low melamine content[J].European Journal ofWood and Wood Products,2004,62(3):239-240.
[21]衛(wèi)民,嚴立楠.改性木質(zhì)素泡沫樹脂的合成研究[J].生物質(zhì)化學(xué)工程,2006,40(4):1-3.
[22]穆有炳,儲富祥.木質(zhì)素在木材膠黏劑中的應(yīng)用[J].生物質(zhì)化學(xué)工程,2009,43(3):42-46.
Inhibition of Free Formaldehyde in Synthesis of Urea-formaldehyde Resin
ZHAO Houkuan1,2,WANG Peng1,2,XIE Xingpeng3,YE Zhezi1,2,XIE Yimin1,2
(1.Research Institute of Pulp and Paper Engineering,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China;2.Hubei Provincial Key Laboratory of Green Materials for Light Industry,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China;3.Wuhan Institute of Bioengineering,School of Pharmacy,Wuhan 430415,China)
The methods of inhibiting free formaldehyde in the synthesis of urea-formaldehyde resins are investigated.The optimization of synthesis process and the effects of tannic acid and water-soluble alkali lignin as formaldehyde-reducing agents are discussed.The results show that the optimum conditions are themolar ratio of formaldehyde to urea 1.2∶1,the temperature and pH value in condensation reaction 95℃ and 5.0,the dosage ofmelamine 2%of the totalmass of urea and formaldehyde and the dosage of polyvinyl alcohol 1%of the ureamass.The content of free formaldehyde in the product obtained under the optimum conditions can be reduced to 0.18%with the viscosity of 16.2 s and solid content of 52.96%.And the storage time ismore than 45 d.When the dosage of tannic acid is 2%of urea,the content of formaldehyde in the product can be further reduced to 0.09% with the solid content of 53.44%and viscosity of 16.9 s.The content of free formaldehyde is 0.15%when the dosage of soluble alkali lignin is 5%of urea and the other characteristics are similar to the sample with addition of tannic acid.
urea-formaldehyde resin;free formaldehyde;formaldehyde-reducing agent;tannic acid;lignin
TQ35
:A
:1673-5854(2017)01-0020-07
10.3969/j.issn.1673-5854.2017.01.004
2016-06-12
國家自然科學(xué)基金資助項目(31370574,31300494);湖北省教育廳創(chuàng)新團隊項目(12053)
趙厚寬(1990—),男,山東棗莊人,碩士生,主要從事植物纖維化學(xué)的研究工作
?通訊作者:謝益民(1965—),教授,博士生導(dǎo)師,主要從事植物纖維化學(xué)的研究工作;E-mail:ppymxie@163.com。