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粉末脲醛胶粘剂合成与应用进展
2003.12.23   点击277次

自20世纪70年代开始,英、法、美、日等开始使用粉状固体脲醛胶,成品储存期为1-3年,由于使用时只需加水溶解便可和脲醛树脂一样使用,不易造成环境污染。已获得越来越广泛的应用。

1  性能特点

脲醛树脂是热固性树脂中产量最大的品种。粉状脲醛树脂是一种加水分散后能生成合成树脂乳液的树脂,它是由合成树脂乳液通过喷雾干燥方法而制备的。

粉状胶体积小,可用纸袋或塑料袋包装,便于运输,大大降低包装成本和运费。粉状胶突出的优点是具有优良的耐久性和贮存稳定性,耐热性,耐水解性,贮存期长,可贮存1-2年,树脂不粘连,保持良好的流动性,利于集中生产。

2  实际应用

脲醛树脂是尿素的重要下游产品之一,在该领域内的需求量大致为所有工业用尿素的一半,主要用于粘合剂,层压塑料,纺织品后整理剂,纸张处理剂及制造电气零件、机械零件和日常用品的模塑粉等。

粉末脲醛树脂的发展,可以改变大小用胶企业自建制胶装置的局面,有利于开拓脲醛树脂更新的应用领域。

粉状树脂胶(简称粉胶)是一种白色或淡黄色粉末,易溶于水,不需要特殊溶剂,可根据不同的用途,用水配成不同浓度的液胶后与目前广泛使用的液体胶一样使用,有便于运输、贮存期2年以上的优点。

粉状胶的游离甲醛可控含量2%。

粉状胶能长时间存放而不失其活性。

粉状胶的粘合强度大,配制成60%浓度与同浓度的液体胶液进行对比发现:粉状胶的剪切强度为2.61MPa,最高为2.73MPa,最低为2.5MPa;液体胶的剪切强度平均为2.15MPa,最高为2.61MPa,最低为1.69MPa。结果表明,粉状胶比液体胶的平均强度高23%。

粉状树脂胶在胶合板涂胶配板时,可直接将粉状胶喷在单板面上,加工程序简单,可完全实现机械化和自动化。

与普通脲醛树脂相比,粉末树脂又特别适用于成型材料,粘合剂和制作层压板及发泡体的材料,如果对耐水性有进一步要求,可与传统的酚醛树脂等配合使用。在必要时,可加入添加剂,如热塑性树脂,晶须与纳米粒子,静电防止剂,填料,防腐剂和着色剂等。这种流动性好的粉末,其成本之低廉是传统技术无论如何也达不到的,且树脂固化迅速,好的耐久性,耐水性和贮存稳定性,特别适用于成型制品,性能优良。

粉末脲醛树脂具有抗水解,固化迅速不冒气泡,甲醛释放量低的特点,也适用于生产玻璃纤维板和无机盐板材或复合材料。作为粘合剂,不仅能保持纤维质或颗粒材料的理想物理特性,还能赋于产品某些物理特性,使用粉末脲醛树脂用于玻璃纤维块的制备非常方便,只要将玻璃纤维浆料掺混在水分散介质中,然后成型,脱水再将树脂粘合剂涂在带孔的纤维块表面,让其通过烘炉即可。

用粉末脲醛树脂还可用于金属盐式复合材料的粘合剂,可直接与金属掺合,接着进行机械混合,用挤出方法成型,在环境温度下固化。其他的应用与脲醛树脂的应用领域一样。

向粉末脲醛树脂中加入酚醛树脂和废聚苯乙烯制成粘合剂,可增加粘接强度和附着力,再加入少量氯化胺和填充剂,可代替传统的沥青油毡用于房顶进行三胶二布的直接冷铺设。涂层不但与水泥基面粘合严实牢固,防水堵漏效果好,耐候使用寿命长,且施工简便,劳动强度低,表面光洁干整,造价低于沥青油毡。维修时,只需进行灌胶堵缝,即可防水如初,维修费很低,达到一次铺设,长久使用的效果。

将粉末脲醛树脂作为主要粘合剂,用MDI进行交联,加入廉价的废聚苯乙烯粘合剂、增塑剂、乳化分散剂、荧光增白剂和填充剂,制成绿色内墙涂料其表面丰满、光洁,耐水擦洗,防沾污性能优越,改变了水性仿瓷、钢化、乳胶馀料擦洗掉粉脱落、遇潮鼓泡粉化现象。其价格仅为立邦涂料和多彩涂料的1/5。

将脲醛粘合剂与改性剂的混合水溶液用在湿的无纺纤维材料和玻璃纤维材料上,经干燥可制成粘性涂敷材料。粘接剂在使用前加5%-15%的改性剂进行改性。所用改性剂是丙烯酸乙烯酯或聚醋酸乙烯,这种产品混在沥青中形成的涂层具有特别好的抗撕裂强度,可作为性能良好的屋顶防水涂料。

在脲醛树脂的生产过程中可通过添加表面活性剂、硬化剂及稳定剂,可借助于机械搅拌打泡或化学起泡形成泡沫经干燥后成为多孔泡沫状固体,其隔热性优良,有不少已用于保温材料及吸音材料。在起泡后未固化前,可直接作为粘合剂使用,能减少涂胶量,降低成本。

3  生产工艺

国外生产的粉末脲醛树酯采用的是先浓缩再用热空气干燥,再将干燥后的树脂用粉碎机粉碎成粉末状,但大多数用喷雾干燥法制取粉末胶。喷雾干燥是将液体脲醛胶用泵打入雾化器内,有两股压缩空气进入雾化器内,分别作为一次气和二次气,将液体胶喷成细雾,同时进行传热和传质过程,水分汽化,物料被干燥后随湿气一起进入旋风分离器内,干燥后的脲醛树脂胶粉经旋风分离器下口出料包装。国内采用缩聚,真空脱水,离心喷雾的方法生产粉末脲醛树脂。

操作实例如下:

例1

制备脲醛树脂的反应物及配方如下:

UFC85克

福尔马林(50%)200.3克

水113.8克

三乙醇胺(浓度85%)16克

(第一次进料)

NH40H(28%溶液)  256.1g

H2S04(7%溶液)  135g

尿素(第二次进料)  470.6g

三乙醇胺(第二次进料)  8.7g

将脲醛预缩液UFC85(由尿素25%甲醛60%与水15%缩合而成)、福尔马林和水加入反应器内,搅拌加热到40℃。然后,加入三乙醇胺和NH40H,继续搅拌加热到40℃,5分钟后第一次加尿素,在40℃下反应。

随后,在30分钟内,将反应物加热至45℃并在45℃下保持15分钟,检查pH值,加硫酸10-25g将pH调至5.0-5.5,维持反应1小时,反应混合物冷却后再加热到80℃,第二次加尿素,加料时间为5分钟。加热至85℃并在此温度下保持反应1小时。此后;第二次加入三乙胺并冷却到25℃,加25%NaOH溶液5.5g,将pH值调到7.4-7.6,在终产品中,游离甲醛含量趋于零。再经喷雾干燥得粉末脲醛树脂胶。

例2

将尿素523kg,甲醛(37%)962kg,10%NaOH 0.7kg相混制成pH为8.3的混合液,存放2天。再加入82kg37%甲醛,在38℃和240kPa和pH为5-6下进行反应,制成预聚液(粘度为65mPa.s)。

将这种中间产物连续送入第二反应器内,加足量的70%尿素水溶液使尿素与甲醛的摩尔比达1:1.087,用10%NaOH调节pH为8-9,在273℃下进行蒸馏脱水,直至含固量为66.4%,产品经真空脱水,即可制成固体脲醛树脂,游离甲醛含量0.016%。

例3

将36.6%的液体甲醛用三异丙胺调整pH值为8.0-8.3,加入尿素,使甲醛与尿素的物质的量比为1.52。加热至沸点温度并维持反应20-35min,用甲酸调pH值为6.0-6.5,缩聚,直至粘度达到15-25mPa.s。在NaOH介质中,冷至65-75℃,再加入尿素直至甲醛与尿素的物质的量比达到1.10,真空蒸馏脱水,调pH值为8.0-8.5,得到含量64%-66%的树脂,粘度150-300mPa.s,加热真空脱水得粉末树脂。

从发展态势来看,用户要求的是改进粘合剂的性能,如提高粘合力、耐水、耐候、快速固化、无毒、价格低廉、使用方便等。粘合剂的市场极大,但急需进行结构调整,低档次与使用性能差的液体胶将会被淘汰。因此应大力开发粉末脲醛树脂。