胶粘剂与涂料之四-脲醛树脂胶粘剂

第三章：脲醛树脂胶粘剂胶粘剂与涂料之四

2013年10月2014-4-21

广西大学林学院 张一甫

Contents

3.1 3.2

概述 合成脲醛树脂的原料

3.33.4

脲醛树脂合成原理影响脲醛树脂合成和性能的因素

3.5

脲醛树脂的制备

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3.1 概述脲醛(UF)树脂是尿素和甲醛在催化剂(碱性或酸性催化剂)作用下 ，缩聚成初期脲醛树脂然后在固化剂或助剂作用下，固化后形成不溶、 不熔的末期树脂。 脲醛树脂于1844年由B.Tollens首次合成，1929年德国染料公司(IG 公司)获得UF树脂用于胶接木材的专利，其产品名叫Kanrit Leim,是一

种能在常温固化胶接木材的脲醛树脂预聚体，引起人们的重视。1931年脲醛树脂首次在市场销售。从此以后，UF树脂在木材加工行业中得到了 广泛应用和迅速发展。

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3.1 概述○ UF树脂胶粘剂由于其成本低廉、原料来源丰富、固化胶层无色、

操作性能好，以及良好的胶接性能等一系列优点，成为我国人造板生

产的主要胶种。也是木材加工业中使用量最大的合成树脂胶粘剂，占该行业胶粘剂使用量的80%以上。 ○ 20世纪60年代，人们开始研究脲醛树脂的游离甲醛问题。到20世纪

70年代，随着分析仪器的发展，人们对UF树脂的结构、反应动力学、 固化机理有了进一步的认识。2014-4-21

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脲醛树脂的性质

○ 液状(糖浆状或乳状):水溶液，人造板胶粘剂最常用 ，一般可贮存 2-6 个月。

○ 粉状：开始应用较多，性能稳定，贮存期可长达1-2年。○ 泡沫状：应用较少(主要用于胶合板生产)。 ○ 膜状：应用较少。

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脲醛树脂的性质

○ (1)由于含有大量的亲水性基团:羟甲基和酰胺基，

能溶于水，有较好的胶接性能；○ (2)具有耐冷水性能和一定的耐热水性能； ○ (3)与PF相比，固化后胶层无颜色，不污染制品； ○ (4)制造容易、价格便宜； ○ (5)脆性大，固化过程易产生内应力引起龟裂；

○ (6)含有游离甲醛的有毒物质。2014-4-21

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3.2 合成脲醛树脂的原料○ 3.2.1尿素(Urea)○ 别名：脲，学名碳酰胺。 ○ 分子式：CO(NH2)2 ○ 分子量：60.06 ○ 熔点：133℃

○ 外观：为无色针状结晶或白色结晶 ○ 溶解性：易溶于水，水溶液呈弱碱性；也易溶于甲 ○ 醛、乙醇和液态氨。晶体尿素的吸湿性很强，吸湿后结 块。2014-4-21

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3.2.1 尿素(Urea)稳定性：尿素在稀酸或稀碱中很不稳定，在稀碱中加热50℃ 上时放出氨，在稀酸液中放出二氧化碳：

主要用途:农

业肥料及树脂、塑料、医药、食品等工业原料 。2014-4-21

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3.2.2 甲醛(Formaldehyde)

○ 分子式： CH2O ○ 分子量： 30.03 ○ 沸点： -19.5 ℃ ○ 外观：无色、强烈特殊刺激性气味的气体

○ 毒性：有毒，重点控制对象。

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甲醛危害

浓度0.15-0.3mg/m3 :刺激眼睛和呼吸道粘膜

浓度2.4-3.6mg/m3 :刺激呼吸道粘膜、皮肤，引起灼伤

严重中毒：失去知觉、死亡 我国规定：一般空气中浓度 ≤ 1.0mg/m3 :生产车 间 ：≤ 3.0mg/m32014-4-21

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甲醛的性质

○ 溶解性：易溶于水，但聚合度>3的聚甲醛为微溶于水的沉淀，在<50℃下加热可溶解。 ○ 工业用甲醛水溶液(甲醛含量为37%:福尔马林):其水 溶液为甲二醇、聚甲醛、甲醇、甲酸及水的混合物。无色 透明液体，混入铁等物质为淡黄色，工业甲醛水溶液合格

品甲醛含量为36.5%~37.4%。贮存期 3个月。○ 反应性：易被氧化成甲酸，极易聚合形成多聚甲醛 HOCH2O(CH2O)nH 。2014-4-21

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甲醛的性质○ 在碱性介质中发生歧化反应生成甲酸和甲醇；与氨反应生成六次甲基四胺和盐酸；与聚乙烯醇、淀粉和纤 维素等羟甲基化合物的反应。

○ 主要应用：重要工业原料，合成树脂、合成纤维、医 药、塑料、防腐剂及还原剂等产品领域。2014-4-21

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3.3 脲醛树脂合成原理

○

经典理论认为，UF树脂的合成分为两个阶段。第一阶段

在中性或弱碱性(pH=7~8)介质中，尿素与甲醛进行羟甲

基化反应即加成反应，可生成一羟、二羟 、三羟甲基脲。○ 第二阶段在酸性条件下进行缩聚反应，当分子量达到一 定程度时，将反应液的pH值调至8~9,并降温至常温，得 到脲醛树脂的初期缩合液。

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3.3.1 羟甲基脲的形成尿素与甲醛水溶液在中性或弱碱性介质中，首先进行的羟甲 基化反应(加成反应),生成一羟、二羟和三羟甲基脲同系 物。(1)加成反应O H2N C NH2 HO CH2 OH O H2N C NHCH2OH H2O

甲醛水合物

一羟甲基脲 白色固体，熔点111-113℃

1mol尿素与<1mol的甲醛反应尿素 水合甲醛2014-4-21

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3.3.1 羟甲基脲的形成1mol尿素与>1mol的甲醛反应NH2 O C NH2 HO CH2 OH HO CH2 OH O C NH CH2OH NH CH2OH 2H2O

二羟甲基脲 白色微晶体，熔点121-126℃

HO CH2 OH

NH O C N

CH2OH CH2OH

CH2OH

三羟甲基脲2014-4-21

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★ 加成反应特点

○ 反应动力学：在加成反应中，尿素分子氨基上剩余氢原 子的反应活性随着羟甲基的引入而依次降低，所以生成 一羟甲基

脲、二羟甲基脲和三羟甲基脲的反应速度比例 为9:3:1。因此，生成一羟甲脲和二羟甲脲是决定脲

醛树脂理化性能有意义的产物。

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