环保型改性脲醛树脂合成工艺及催化剂体系的研究

摘要

脲醛树脂在氨基树脂中占80％，被广泛用作木材胶黏剂，但在应用过程中还普遍存在游离甲醛释放量偏高的问题，因此，木材工业界一直把开发低游离甲醛脲醛树脂作为追求目标。
　　 本文主要目标是研究脲醛树脂“碱-酸-碱”合成工艺中催化剂体系对树脂性能及游离甲醛含量的影响，以及“弱碱-强碱”合成工艺中苯酚对脲醛树脂的改性作用。
　　 采用单一变量法研究了各工艺参数对树脂性能的影响。用氯化铵法测定树脂中游离甲醛含量变化规律，并对粘度、固含量等性能进行测试;采用核磁共振和红外光谱等现代分析法分析不同催化剂体系合成出的树脂的分子结构与固化行为。
　　 实验得出“碱-酸-碱”工艺的适宜反应条件为:甲醛/尿素摩尔比1.3∶1，反应温度80℃，反应时间3h，成品树脂中游离甲醛含量为0.4221％。“弱碱-强碱”工艺苯酚改性脲醛树脂的适宜反应条件为:苯酚在反应初期加入，加入量占整个体系质量0.8％，氢氧化钠加入量占整个体系质量14％，成品树脂中游离甲醛含量在0.1％以下。
　　 通过对“碱-酸-碱”工艺中催化剂体系的研究得出:
　　 传统催化剂，加成阶段碱性催化剂催化效果:三乙醇胺、Ba(OH)2、NaOH、Na2CO3，游离甲醛含量分别为0.3072％、0.3857％、0.4255％、0.5562％;缩聚阶段酸性催化剂催化效果由优到差顺序:三氟甲磺酸、甲酸、乙酸，游离甲醛含量分别为0.3246％、0.4255％、0.6087％。
　　 新型催化剂，用8‰阳离子交换树脂做缩聚阶段酸性催化剂，成品树脂游离甲醛含量为0.3286％，催化效果良好，成品树脂综合性能良好。用D301阴离子交换树脂做加成阶段碱性催化剂，游离甲醛含量高，在0.75％以上，催化效果差;而用4％D201阴离子交换树脂催化，游离甲醛含量为0.3211％，催化效果良好，得到的成品树脂综合性能也较好。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 脲醛树脂的应用概况及存在问题

1．2 脲醛树脂的研究进展

1．2．1 脲醛树脂的合成工艺

1．2．2 脲醛树脂的合成机理

1．2．3 脲醛树脂的改性研究概况

1．3 树脂合成过程中催化剂体系的研究

1．4 课题来源、意义及研究内容

1．4．1 课题来源及意义

1．4．2 主要研究内容

2 实验部分

2．1 实验原料与仪器

2．1．1 实验主要试剂与材料

2．1．2 实验仪器与设备

2．1．3 实验装置图

2．2 树脂性能检测手段和表征方法

2．2．1 树脂性能参数

2．2．2 树脂的外观测定

2．2．3 树脂粘度的测试

2．2．4 树脂固含量的测试

2．2．5 树脂中游离甲醛含量的测定

2．2．6 差示扫描量热仪(DSC)测试

2．2．7 核磁共振(13C-NMR)测试

2．2．8 傅里叶红外光谱(FTIR)分析

2．3 合成工艺条件的确定

2．3．1 甲醛与尿素摩尔比的确定

2．3．2 合成温度的确定

2．3．3 合成所用时间的确定

3 脲醛树脂合成的传统催化剂体系研究

3．1 实验条件

3．2 加成阶段碱性催化剂对树脂性能的影响

3．2．1 碱性催化剂对游离甲醛含量的影响

3．2．2 碱性催化剂对树脂粘度及固含量的影响

3．2．3 碱性催化剂小结

3．3 缩聚阶段酸性催化剂对树脂性能的影响

3．3．1 酸性催化剂对游离甲醛的影响

3．3．2 酸性催化剂对树脂的粘度及固含量的影响

3．3．3 酸性催化剂小结

4 新型催化剂的研究

4．1 实验条件

4．2 缩聚阶段用新型酸性催化剂——阳离子交换树脂

4．2．1 阳离子交换树脂的主要性能指标

4．2．2 阳离子交换树脂的预处理

4．2．3 阳离子交换树脂用于合成脲醛树脂

4．2．4 数据分析及结论

4．3 加成阶段用新型碱性催化剂——阴离子交换树脂

4．3．1 阴离子交换树脂的主要指标

4．3．2 阴离子交换树脂的预处理

4．3．3 阴离子交换树脂用于合成脲醛树脂

4．3．4 数据分析及结论

5 脲醛树脂结构与固化行为分析

5．1 13C核磁共振(13C-NMR)对脲醛树脂的结构分析

5．2 脲醛树脂固化结构FTIR分析

5．3 脲醛树脂的DSC分析

5．3．1 不同催化剂体系下脲醛树脂固化反应历程的分析

5．3．2 不同催化剂体系下脲醛树脂固化反应动力学分析

6 脲醛树脂的改性及性能研究

6．1 苯酚的加入量及加入时间的研究

6．1．1 苯酚的加入量的研究

6．1．2 苯酚的加入时间的研究

6．2 合成过程中碱的加入量的研究

7 结论与深入研究

7．1 主要结论

7．2 需要的进一步研究

致谢

参考文献

附录