改性酚醛树脂胶粘剂的研究应用方法

慧聪涂料原料网讯:酚醛树脂和塑料是世界上最早实现工业化的合成树脂,迄今已有80多年的历史。酚醛树脂具有优异的胶结强度和耐水性;在高温高湿的环境中有相当高的耐久性;耐酸、耐化学药剂的侵蚀;具有广泛改性的特点,能与多种树脂混合使用,是一类性能优良的结构胶粘剂。

在美国、日本和一些欧洲国家,木材工业中酚醛树脂胶粘剂的用量是脲醛树脂胶的两倍以上。在我国,酚醛树脂胶的用量较少,木材工业使用的胶粘剂80%以上是脲醛树脂胶,主要原因在于制造脲醛胶的主要原料——尿素价格远低于苯酚,而且脲醛树脂固化速度快,因此在室内用人造板生产中广泛应用。但随着我国经济的发展,整体消费结构正向建筑业倾斜,因此室外用人造板的市场前景十分广阔。例如酚醛胶刨花板可用于室外做墙板、混凝土模板、包装材料、地板、还可以取代部分珍贵木材和部分钢材来制造车辆车厢板。此外,值得一提的是,近年来的研究发现,火灾事故中烟和毒性气体的放出是人员损伤和死亡的主要原因,阻燃和燃烧速度成为衡量建筑材料的关键性能指标,而酚醛树脂复合材料具有不燃性、低发烟率、少或无毒性气体放出,因此,在美国等国家酚醛树脂胶粘剂的用量很大。

但酚醛树脂胶由于存在以下缺点,限制了市场对它的需求。

(1)固化时间长,生产线的劳动生产率不高;

(2)价格较贵;

(3)含有游离酚、游离醛,如果释放量超标会影响人体健康。

针对上述问题,人们对酚醛胶进行了广泛的改性,在保证酚醛树脂优良物理、化学性能的前提下,缩短树脂固化时间;降低胶中的游离酚、游离醛含量;降低酚醛胶的生产成本成为研究的热点。尤其在缩短树脂固化时间方面已取得了很大进步。其中利用廉价的尿素替代部分苯酚,合成固化速度快、成本低的复合型酚醛树脂是酚醛树脂改性的有效途径。

2试验材料与方法

2.1.改性酚醛树脂胶的合成

2.1.1主要原料见表1

2.1.2制备工艺

2.1.2.1未改性酚醛树脂制备工艺

将计量好的苯酚、氢氧化钠和水同时投入反应釜,搅拌10~15分钟,使内温降至40~42℃,加入一部分甲醛,升温至80~85℃,保温反应45min后,在10~15min内将反应液加热至沸腾,在沸腾状态下保持10min,降温至80~85℃,加入剩余甲醛,在85~90℃下反应至粘度合格,降温至30℃出料。

按照该配方制备的酚醛树脂与尿素改性酚醛树脂进行对比

2.1.2.2改性工艺

将苯酚、尿素、氢氧化钠和水按照一定的比例投入反应釜,氢氧化钠分两次加入,甲醛分三次加入,反应中间过程加入尿素。

2.2树脂性能分析

酚醛树脂胶粘剂的理化性能测试方法及技术指标主要参照中华人民共和国国家标准GB/T14074—93、GB/T14732—93。GB/T14732—93中没有列出刨花板专用酚醛树脂胶的技术指标,仅参照其中的FQBRH(W、G)项来衡量合成的PUF树脂的性能。由于GB/T14074—93只适用于醇溶性酚醛树脂(脱水后的树脂),标准中没有水溶性酚醛树脂(不脱水树脂)聚合时间的测定方法。实验中用该标准的测定方法表示聚合时间的相对变化。

2.3胶粘剂热性能分析

实验利用差式扫描量热法(DSC)检测未改性和改性后的酚醛胶热性能的变化,定性说明改性前后酚醛树脂胶热性能的改变。

2.4刨花板制备

2.4.1实验条件

刨花含水率:≤2%

刨花施胶:采用气压(0.4Mpa)喷胶方法,在实验室的拌胶机内进行。施胶后的刨花采用手工铺装。

预压压力:1.5Mpa,时间1min

施胶量:9%

防水剂:石蜡乳液,实验室自制

施蜡量:0.6%

预定密度:0.7g/cm3

板的厚度:12mm

固化促进剂:丁酸乙脂

施加量:10%

热压温度:180℃

热压时间:40s/mm,30s/mm,25s/mm

3结果与讨论

在下面的讨论中,苯酚用P表示,甲醛用F表示;酚醛树脂用PF表示;尿素改性的酚醛树脂用PUF表示。

3.1树脂理化性能指标

由表2列出的树脂理化性能可以得出结论,尿素、苯酚、甲醛三元共缩聚反应得到的PUF树脂的各项理化性能均达到了国家酚醛树脂胶标准GB/T14732—93的要求。从树脂聚合时间的变化可以发现PUF树脂的固化速度明显高于PF树脂,当尿素替代苯酚量为30%时,树脂的聚合时间可以提高50%以上,与普通的酚醛树脂相比,当压制同样规格的刨花板时,能够有效缩短固化时间,提高刨花板生产线的生产效率。因此,可以说PUF树脂是一种快速固化的改性酚醛树脂胶粘剂。

3.2树脂热性能分析

为了从理论上阐明尿素改性后的酚醛树脂胶固化速度比普通酚醛胶高,试验利用差式扫描量热法(DSC)来检测改性后的酚醛胶与未改性酚醛胶热性能的变化,定性地说明了改性前后酚醛树脂热性能的变化。

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