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朱林晖等:降低UF胶粘剂游离甲醛含量的研究
降低UF胶粘剂游离甲醛含量的研究
朱林晖,林森1,唐尧基1,黄仁和1,丁马太23
(1.山东科技大学化学与环境工程学院,山东青岛266510;
2.龙岩学院化学与材料工程系,福建龙岩364000;3.度门大学材料学院,福建厦门361005)
摘要:研究了甲醛与尿素的配比[n(F)/n(U)比的尿素的同时,增加加入尿素总质量2%的、以水溶胀
值]、编聚温度、时间与pH值,以及政性剂对以尿素、的PVA这一步骤,得PVA改性UF树脂胶。
甲醛为主要原料制备脲醛(UF)树脂胶粘剂游离甲醛
2.3三聚氰胺改性UF树脂胶的制备
含量的影响,获得了确保其粘接强度不致下降,而游离
全部操作均与2.2.1相同,只是在加入第三批尿
甲醛含量只有0.25%的最佳制备エ艺条件。
素的同时,增加加入尿素总质量2%的三聚氰胺这
关键词:脲醛树脂胶;游离甲醛;甲醛
步骤,得三聚氰胺改性UF树脂胶
中图分类号:TQ433.431
文献标识码:A2.3主要性能测试方法
文章编号:1001-9731(2010)07-1225-03
2.3.1固含量的测定
烘于称量法:在准确称重的坩埚内倒入2.0g左右
1引言
胶液,准确称重后于250℃加热至恒重,计算不挥发物
UF树脂胶粘剂是尿素和甲醛经加成反应和缩聚含量
反应而生成的热固型树脂。其分子中含有大量的羟甲2.3.2粘度的测定
基、脲基等活性基团,能与纤维素类物质的羟基发生缩
NDJ-7型旋转粘度计,室温测定。
合反应,因而可用于木材、纸、竹、棉等物质的粘接,是2.3.3粘接强度的测定
目前国内用量最大、使用最广的胶种。但其所含甲醛
于胶粘剂加入4%(质量分数)建筑用沙并混匀;
会在使用过程中慢慢释放出来,尤其对室内环境造成以标准制样机制备50mm×50mm的砂芯试样,烘干;
较大的污染。如何降低其游离甲醛含量,成为人们研测定试样的压缩强度,检测胶粘剂对沙子的粘接性能。
究的热点。但是,降低其游离甲醛含量的同时,往往会2.3.4游离甲醛含量的测定
损害其粘接强度。本文旨在探索既能降低游离甲醛含
准确称取约0.2g胶样于250mL碘量瓶中,用移
量、又能确保粘接强度不致下降的UF胶粘剂最佳合液管加入10mL0.15mol/ L NAHSC3溶液,盖上瓶塞,
成工艺条件;进而,通过改性剂改性,制得优质环保的用蒸馏水封口,室温放置1h。加人20mL0.1mol/L
UF胶粘剂。
碘液,用0.1mol/LNa2S2O。标准溶液滴定至淡黄色
2实验
后,加入1mL淀粉指示剂,继续滴定至蓝色消失为止。
在完全相同条件下做一空白试验]。游离甲醛含量X
2.1原料与试剂
(%)按下式计算:
尿素:工业级;甲醛溶液(36.5%),工业级;聚乙烯
X(%)=10.03003C
100
醇(PVA):17-99型;其余试剂均为分析纯。
2.2胶粘剂的制备
式中,V,V。分别为试样滴定与空白滴定时消耗
2.2.1UF树脂胶的制备
Na2S2O3标准溶液的体积(mL);C为Na2S2O标准溶
计量的甲醛水溶液加入带有搅拌装置的三颈瓶中液的浓度(mo/L);m为试样的质量(g);常数
后,用15%NaOH溶液调节pH为8;加人70%计量的0.03003:每毫摩尔甲醛相当的克数。
尿素溶液,于90℃反应60min;降温至60℃,用15%的3结果与讨论
甲酸溶液调节pH为5~6;加入25%计量的尿素溶
液,于一定温度下反应一定时间后,调pH=7;加入剩3.1红外光谱
余尿素溶液,70℃反应30min;冷却至室温,得UF树
甲醛与尿素的反应分为两个阶段:第一阶段是碱
脂胶。
性条件下甲醛与尿素的加成反应,生成羟甲基脲;第二
2.2.2PVA改性UF树脂胶的制备
阶段是酸性条件下羟甲基脲间的缩聚反应,最终生成
全部操作均与2.2.1相同,只是在加入70%计量高度交联的脲醛高分子化合物。反应方程式为:
基金项目:山东科技大学科学研究“春蕾计划”资助项目(2009BWZ005)
收到初稿日期:2009-11-28
收到修改稿日期:2010-04-16
通讯作者;朱林晖
作者簡介:朱林晖(1976-),女,博土,副教投,硬士生导师,主要从事高分子材料合成与应用研究
2010年第7期(41)卷
CO(NH2)2+2HCHO-HOCH2--NHCONH-CH2 OH
2NHOCHNHCONH-CHOH-HOCH2[-NHCONH-CH2OCH2 NHCONH-] CH2OH
本实验制得UF胶的红外光谱如图1所示。
m(F)/n(U)值>缩聚温度>缩聚pH>缩聚时间。最
佳条件为:n(F)/n(U)=1.4,T=90C,pH=5,t
3.3缩聚反应条件单因素实验
以正交试验所得最佳条件为基础,依据各因素对
胶粘剂游离甲醛含量的影响趋向,逐一对其作进一步
考察
3.3.1n(F)/n(U)值的影响
350030002500200015001000500
Wavenumber/cm.1
固定缩聚温度为90℃,pHI=5,缩聚时间为
图1UF树脂胶的IR光谱图
60min,考察不同n(F)/n(U)值对游离甲醛含量的影
Fig 1 IR spectrum of UF resin adhesive
其中,3300~3500cm1为ーNHー、-NH2及响,结果如图2所示。
OH伸缩振动所引起的宽谱带峰;1643cm1为酰胺的
0
羰基伸缩振动峰;1383cm1是C-N的伸缩振动峰
1000~1030cm1为一CH2OH中-OH和二亚甲基醚
0
键一CH2-O-CH2一的伸缩振动峰。表明所合成树
脂与理论预期产物是一致的
0
2缩聚反应条件正变实验
缩聚反应条件对UF树脂胶中游离甲醛含量影响
n(F)n(U)
较大。为了探索最低游离甲醛含量的缩聚条件,选取
图2n(F)/n(U)值对游离甲醛含量的影响
n(F)/m(UD)、缩聚反应的pH值、温度T及时间作为Fig2 Effect of n(F)/n(U) on free formaldehyde con
考察因素,设计了如表1所示的4因素3水平正交试
tent
验,以X(%)为优选指标,结果见表2(k1~k为同
当n(F)/n(U)>1.4时,随其比值的降低,游离甲
因素各水平X(%)的平均值,R为极差)。
醛含量迅速减小。这是因为此时体系中存在较多的、
表1[L(31)]正交实验表
可与甲醛加成生成羟甲基脲的游离尿素,从而降低
Ttable 1 Scheme of[I(3)] orthogonal experiment UF树脂胶中残留游离甲醛含量。但当n(F)/n(U)<
因素
1.4时,游离甲醛含量随其比值的降低而减小的趋势
水平
n(F)/n(Uの)」pHTr(℃)1t(min)
就不再明显。当n(F)/n(U)降至1.0时,由于凝胶的
出现,致使反应不完全,游离甲醛含量反而升高。因
此,较为合适的n(F)/n(U)值为1.4
2.0
3.3.2缩聚反应温度的影响