基本介紹
- 中文名：脲醛樹脂
- 外文名：urea-formaldehyde resins
- 別名：脲甲醛樹脂
- 生產：尿素與甲醛反應
- 英文縮寫：UF
- 商品名：Beetle
概述,特點,組成,套用,用途,改性,包裝,儲運,備註,生產工藝流程,原料配比,生產工藝,樹脂質量指標,工藝特點,
概述
脲醛樹脂
urea-formaldehyde resins
商品名Beetle。又稱尿素甲醛樹脂，簡稱UF，平均分子量約10000。尿素與37%甲醛水溶液在酸或鹼的催化下可縮聚得到線性脲醛低聚物，工業上以鹼作催化劑，95℃左右反應，甲醛/尿素之摩爾比為1.5～2.0，以保證樹脂能固化。反應第一步生成一和二羥甲基脲，然後羥甲基與氨基進一步縮合，得到可溶性樹脂，如果用酸催化，易
導致凝膠。產物需在中性條件下才能貯存。線性脲醛樹脂以氯化銨為固化劑時可在室溫固化。模塑粉則在130～160℃加熱固化，促進劑如硫酸鋅、磷酸三甲酯、草酸二乙酯等可加速固化過程。脲醛樹脂主要用於製造模壓塑膠，製造日用生活品和電器零件，還可作板材粘合劑、紙和織物的漿料、貼面板、建築裝飾板等。由於其色淺和易於著色，製品往往色彩豐富瑰麗。
粉狀脲醛樹脂
粉狀脲醛樹脂脲醛樹脂成本低廉，顏色淺，硬度高，耐油，抗霉，有較好的絕緣性和耐溫性，但耐候性和耐水性較差。它是開發較早的熱固性樹脂之一。1924年，英國氰氨公司研製，1928年始出售產品，30年代中期產量達千噸，80年代世界年產量已超過1.5Mt。
製作塑膠製品所用的脲醛樹脂的數量僅占總產量的10%左右。在甲醛與尿素的摩爾比較低的情況下製得的脲醛樹脂，與填料（紙漿、木粉）、色料、潤滑劑、固化劑、穩定劑（六亞甲基四胺、碳酸銨）、增塑劑（脲或硫脲）等組分混合，再經過乾燥、粉碎、球磨、過篩，即得脲醛壓塑粉。壓制脲醛塑膠的溫度140～150℃、壓力25～35MPa，壓制時間依製品的厚度而異，一般為10～60min。塑膠製品主要是電氣照明設備和電話零件等。
脲醛樹脂一般為水溶性樹脂，較易固化，固化後的樹脂無毒、無色、耐光性好，長期使用不變色，熱成型時也不變色，可加入各種著色劑以製備各種色澤鮮艷的製品。
脲醛樹脂堅硬，耐刮傷，耐弱酸弱鹼及油脂等介質，價格便宜，具有一定的韌性，但它易於吸水，因而耐水性和電性能較差，耐熱性也不高。
特點
脲醛樹脂主要用於和醇酸樹脂配製氨基醇酸烘漆，以提高漆膜的硬度和乾性。它與不乾性醇酸樹脂配合可製成酸固化氨基漆作為木材家具罩光之用。但耐候性、耐水性、保光性稍差。可占環氧樹脂和醇酸樹脂配製不同性能的底漆和室內用漆。主要特點包括：
1.價格便宜，原料充足。
2.脲醛樹脂分子結構上含有極性氧原子，所以對物面附著力好。可以用於底漆，中間層塗料，以提高面漆之間的結合力。
3.由於用酸性催化劑時可在室溫固化，可用於雙組分木器塗料。
4.以脲醛樹脂固化的漆膜，撓曲性較好。
5.脲醛樹脂的粘度較大，酸值較高，貯藏穩定性較差。
組成
（1）樹脂用作壓塑粉的脲醛樹脂要求採用反應程度較淺的縮聚物，此時樹脂粘度小，便於浸漬填料，並可保證在較長的生產周期和進行乾燥後仍有適當的流動性，在工業上多採用尿素與甲醛在低溫下的縮合物（一、二羥甲基脲的混合物）。通常採用脲與甲醛的配比為1：1.5（摩爾比），在PH=8(及溫度)30—35度下全部溶解後，再加入脲量0.3%——0.54%的草酸及0.33%—0.88%的草酸酯，隨即發生放熱反應，溫度上升，溫度保持在55—60度，並嚴格控制PH=5.5—6.5，經60—75min 即得所需的脲醛樹脂。由於縮聚度較低，實際上僅剛過加成反應階段，主要的縮聚反應是在固化過程中進行的。
（2）固化劑壓塑粉中所用的固化劑要求具有一定的潛伏性，常用的有草酸、鄰苯二甲酸、苯甲酸、一氯乙酸等。
（3）填料最常用的填料是紙漿，其次為木粉或無機填料（石棉、玻璃纖維、雲母等）。所用的紙漿是以木材為原料，經亞硫酸鹽處理，溶去木材中非纖維素雜質，再經漂白即得的純淨的纖維素。填料的用量為總物料量的25%-32%，用量過小，壓塑粉流動性大，製品強度低；反之，用量過多時，壓塑粉流動性減小，製品表面不光滑，耐水性降低。
（4）著色劑著色劑可賦予塑膠鮮艷的色彩，選用著色劑時要注意，所用著色劑的著色能力強，在塑膠中能分散均勻，在加工溫度下和長期的日光照射時不變色，不從製品中析出。通常用的著色劑是顏料，染料較少使用，用量為物料量的0.01%-0.2%。
（5）潤滑劑潤滑劑在壓製成品時可提高料的流動性，並可從製品中析出，在制品和模具間形成隔離膜，使製品不易粘模。常用的潤滑劑為硬脂酸的金屬鹽（如鋅、鈣、鋁、鎂等的金屬鹽）、有機酸的酯類（如硬脂酸環己酯、硬脂酸甘油脂等）。其加入量為物料量的0.1%-1.5%，過多時會污染製品的外觀，減少光澤；過少則製品難於脫模。
（6）穩定劑在壓塑粉中加入的催化劑雖說是潛伏性的催化劑，但是在室溫的存放過程中仍會有少量的酸放出，從而影響到壓塑粉的質量，因此通常加入一些鹼性的物質以吸收放出的酸，常用的鹼為六亞甲基四胺或碳酸銨。
（7）增塑劑在壓塑粉中一般不用增塑劑，只在特殊的場合使用，目的是提高料的流動性，並降低固化時的收縮率。可用的增塑劑有脲及硫脲。
套用
用作乳液膠黏劑的交聯劑。可與聚醋酸乙烯乳液中的一OH反應交聯，提高耐水性和耐熱性。脲醛樹脂分子的—CH2OH和NH2能與丙烯酸改性的乳液分子中的--COOH在一定程度上進行縮合交聯，減少了親水基團，耐水性改善，抗凍能力也增強。
用途
脲醛樹脂是膠粘劑中用量最大的品種.特別是在木材加工業各種人造板的製造中，脲醛樹脂及其改性產品占膠粘劑總用量的90%左右。
改性
由於脲醛樹脂存在初粘差、收縮大、脆性大、不耐水、易老化、釋放甲醛和固化放出甲醛污染環境，損害健康等缺點，必須對其進行改性，提高性能，擴大套用。而就其改性方法簡單羅列如下：
1、提高初粘性
提高脲醛樹脂的初粘性，可加入聚乙烯醇、聚乙二醇、羥甲基纖維素等改性劑，但這些物質價格較高，因此可選用澱粉類物質，尤其是澱粉在脲醛樹脂合成開始就加入，效果更好。在合成過程中澱粉可能發生水解作用，生成各種糊精等，由於澱粉相對分子質量很大，溶解後粘度也很大，加入少量就可製得粘度較大的脲醛樹脂。同時澱粉分子鏈上的羥基、羥甲基以及因水解產生的醛基等可能參與脲醛樹脂的合成反應，不僅提高了初粘性，而且粘接強度和儲存穩定性也有提高。
2、減小收縮性
脲醛樹脂固化收縮率大，容易產生裂紋，膠層產生內應力，使粘度強度下降。為了降低脲醛樹脂固化時的收縮率，通常向樹脂膠液中加入一些填充劑，如麵粉、澱粉、血粉和a-纖維素粉、木粉、豆粉等。
3、降低脆性
為了降低脆性，提高韌性可加入聚乙烯醇、聚乙烯醇縮甲醛溶液、聚醋酸乙烯乳液、VAE溶液等，同時也可提高初粘性和耐老化性。
4、改進耐水性
在合成脲醛樹脂時加入少量的三聚氰胺、苯酚、間苯二酚、烷基胺、糖醛等都能有效地改進脲醛樹脂的耐水性。加入硫酸鋁、磷酸鋁等作為交聯劑，也可明顯提高耐水性。在調膠時加入木粉、麵粉、豆粉、氧化鐵、膨脹土等填料，也能提高耐水性。
採用苯酚改性脲醛樹脂，在樹脂中引入苯環結構，封閉了樹脂的吸水基團，使樹脂的耐水性和耐老化性顯著改善。也可將間苯二酚或三聚氰胺加入固化劑組分之中，還可將丙烯酸酯共聚乳液與脲醛樹脂共混都可以提高耐水性。
5、提高粘接強度
採用多元複合添加劑如聚乙烯醇和苯酚，可改善脆性，提高耐水性和粘接強度。再採用中性-弱酸-弱鹼複合工藝，在中溫下進行反應，製得的脲醛樹脂剪下強度是原脲醛膠的10倍以上，耐水性和耐沸性大為提高。
脲醛樹脂根據不同的使用要求，加入改性劑後可明顯改善性能。
包裝
大口塑膠桶或鐵桶，淨重20kg。
儲運
存於陰涼通風處，儲存時間自生產日期起一個月，超過儲存期，經檢驗合格後仍可使用。
備註
可根據用戶要求生產多種牌號的尿醛樹脂粉產品，該產品可以長期儲存。
脲醛樹脂是國內外木材工業的主要粘合劑.由於它膠合強度高、固化快、操作性好、生產成本低、原料豐富易得等一系列優點而得到廣泛套用.但是脲醛樹脂所含的游離甲醛具有毒性,樹脂中的游離甲醛含量越低,其毒性就越小.降低脲醛樹脂中游離甲醛的含量有各種各樣辦法,其中最有效的方法是降低甲醛對尿素的摩爾比,但減少甲醛的用量,將會帶來脲醛樹脂生產工藝複雜化、終點控制難、樹脂固化時間延長和樹脂膠合強度和儲存穩定性降低等缺點.所以尋找一種有效消除低甲醛/尿素(F/U)摩爾比帶來弊病的方法是很有現實意義的.通常採用低F/U摩爾比合成脲醛樹脂,從樹脂合成的原理出發,通過實驗找出最適宜的加料次數、加料比、加料時間,並確定樹脂合成過程中最適宜的pH值、反應溫度和反應時間,從而製備出低含醛量、穩定性好的脲醛樹脂. 脲醛樹脂的生產工藝規程有以下內容： 1.原料的檢驗。主要是檢驗甲醛和尿素的質量是否符合要求。根據甲醛的濃度和尿素的純度，計算工藝配方中甲醛和尿素的用量。 2.備料。在脲醛樹脂生產時一般總是先加甲醛，用泵把甲醛打入計量罐內，經計量後送入反應鍋內，沒有計量罐的可以把甲醛稱量後用真空泵抽入反應鍋內。尿素一般用磅秤稱量。 3.攪拌與升溫。經過計量的甲醛加入反應鍋後，開動攪拌器加鹼調PH 值至規定值，同時開蒸汽升溫，由於尿素和甲醛的反應整甲醛溶液的是放熱反應，因此在加尿素後，加熱至一定的溫度後應立即關汽，靠反應自發熱升溫至規定的溫度，並在規定的溫度保溫一段時間。蒸汽加熱時關汽的溫度隨設備材料及反應液用量多少而定。一般小反應鍋用量少，反應熱小，關汽溫度稍高，另外還和所用蒸汽壓力有關，蒸汽壓力大，則關汽溫度應低些。 4．反應液介質的PH值反應液介質的PH值對脲醛樹脂合成是很重要的條件因素，在規程中應明確地規定：在反應開始時PH值應該是多少，升溫至規定溫度後, PH值又應在什麼範圍內,當保溫結束後，PH 應該是多少.當用酸或氯化銨調酸處理時，PH 值也要有一定的範圍。 5．反應終點。反應終點是脲醛樹脂質量的關鍵。反應終點一般用4號塗料杯測定樹脂液從杯中流出的時間（s）。一般規定在某一溫度下測定樹脂液流出的時間（有一個比較窄的範圍）；或者用樹脂液在水中的混濁度表示，如規定取出的樹脂液滴在20 ℃的水中出現混濁時為終點等。 6.反應終點後的處理。反應終點到達後首先應立即中和，即在到達反應終點後立即加鹼，使反應樹脂液的PH 值升高至規定的數值，同時應開冷卻水進行降溫處理 7.稱量和保管。脲醛樹脂製成後，冷卻到規定的溫度後可以放料，放料時應過磅計量，記錄每一鍋膠液的產量。成品脲醛樹脂最好貯存在塑膠桶內，避免與鐵接觸，存放在陰涼處。
生產工藝流程
1.原料的檢驗。主要是檢驗甲醛和尿素的質量是否符合要求。根據甲醛的濃度和尿素的純度，計算工藝配方中甲醛和尿素的用量。
2.備料。在脲醛樹脂生產時一般總是先加甲醛，用泵把甲醛打入計量罐內，經計量後送入反應鍋內，沒有計量罐的可以把甲醛稱量後用真空泵抽入反應鍋內。尿素一般用磅秤稱量。
3.攪拌與升溫。經過計量的甲醛加入反應鍋後，開動攪拌器加鹼調PH值至規定值，同時開蒸汽升溫，由於尿素和甲醛的反應整甲醛溶液的是放熱反應，因此在加尿素後，加熱至一定的溫度後應立即關汽，靠反應自發熱升溫至規定的溫度，並在規定的溫度保溫一段時間。蒸汽加熱時關汽的溫度隨設備材料及反應液用量多少而定。一般小反應鍋用量少，反應熱小，關汽溫度稍高，另外還和所用蒸汽壓力有關，蒸汽壓力大，則關汽溫度應低些。
4．反應液介質的PH值。反應液介質的PH值對脲醛樹脂合成是很重要的條件因素，在規程中應明確地規定：在反應開始時PH值應該是多少，升溫至規定溫度後,PH值又應在什麼範圍內,當保溫結束後，PH應該是多少.當用酸或氯化銨調酸處理時，PH值也要有一定的範圍。
5．反應終點。反應終點是脲醛樹脂質量的關鍵。反應終點一般用4號塗料杯測定樹脂液從杯中流出的時間（s）。一般規定在某一溫度下測定樹脂液流出的時間（有一個比較窄的範圍）；或者用樹脂液在水中的混濁度表示，如規定取出的樹脂液滴在20℃的水中出現混濁時為終點等。
6.反應終點後的處理。反應終點到達後首先應立即中和，即在到達反應終點後立即加鹼，使反應樹脂液的PH值升高至規定的數值，同時應開冷卻水進行降溫處理。
7..稱量和保管。脲醛樹脂製成後，冷卻到規定的溫度後可以放料，放料時應過磅計量，記錄每一鍋膠液的產量。成品脲醛樹脂最好貯存在塑膠桶內，避免與鐵接觸，存放在陰涼處。
新型環保甲醛生產的脲醛樹脂，綠色環保，低毒無味。用新型環保甲醛在不加任何添加劑的情況下，做出的脲醛樹脂膠可以達到E1級或E0級。新型環保甲醛生產的脲醛樹脂是普通脲醛樹脂的升級換代產品。
原料配比
原料 | 規格 | 用量（公斤） | 備註 |
甲醛 | 36.5% | 600 | 普通甲醛 |
新型環保甲醛 | 400 | ||
尿素 | 含≥N46 | 300 | 市售 |
聚乙烯醇 | 2099或2299型號 | 適量 | |
氫氧化鈉 | 30% | 適量 | 壓鹼 |
氯化銨 | 20% | 適量 | 調酸 |
生產工藝
1. 將環保甲醛400公斤和普通甲醛600公斤，加入反應釜內，開動攪拌器。加聚乙烯醇（2099或2299型號）2～4公斤。
2. 加尿素300公斤，開始升溫。
3. 保溫反應結束後，用氯化銨調節PH值。
4. 成膠後，降溫至45℃，停止攪拌，即可放料。
該工藝製作簡單，操作方便，容易掌握。
樹脂質量指標
外觀 | 乳白色黏液 |
粘度 | 0.25～0.4Pa.s |
游離甲醛含量 | < 0.05 |
固化時間 | 45～65s |
PH值 | 7.0～8.0 |
固體含量 | > 50% |
儲存期限（天） | > 20 |
工藝特點
1. 成本低。環保甲醛售價完全和市售普通甲醛一樣。尿素用量小，占總甲醛的30%，比普通環保脲醛樹脂節省約近50%尿素。
2. 環保。該樹脂游離甲醛含量很低，在製造過程中，味道就很小。成膠後，幾乎聞不到甲醛味道。用該樹脂製成的膠合板，經技術監督局化驗、檢測，完全達到了國標E2級和E1級。
3. 生產工藝簡單。甲醛和尿素都是一次投料，前期甚至無需調節PH值，極易操作。
