制備環(huán)保人造板用改性脲醛膠的兩步法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備環(huán)保人造板用改性脲醛膠的兩步法，主要采用以下重量份的原料：質(zhì)量濃度37％的甲醛水溶液56～60份、農(nóng)用尿素42～39份、工業(yè)級(jí)三聚氰胺0.2～2份，按弱酸-弱堿兩步制備，其中，弱酸步驟是在pH值4～6.5的弱酸介質(zhì)中同時(shí)進(jìn)行尿素及甲醛的加成和縮聚反應(yīng)。發(fā)明人在傳統(tǒng)改性脲醛膠的三步法弱堿工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，主要是合并成弱酸-弱堿兩步，加料方式為甲醛及三聚氰胺一次投料，尿素分三至四批投料。應(yīng)用本發(fā)明可改善膠的分子結(jié)構(gòu)，減少約一半的酸堿消耗，還使產(chǎn)品強(qiáng)度提高，甲醛釋放量降低，所得脲醛膠產(chǎn)品具有低成本、高性能、環(huán)保等特點(diǎn)。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于人造板（纖維板及刨花板）用脲醛膠【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種制備環(huán) 保人造板用改性脲醛膠的兩步法。 制備環(huán)保人造板用改性脲醛膠的兩步法

【背景技術(shù)】
[0002] 2012年我國(guó)人造板總產(chǎn)量達(dá)2.23億m3,為2002年的7. 6倍。由于國(guó)內(nèi)外形勢(shì)變 化，近年來人造板行業(yè)已從高速發(fā)展階段，逐步進(jìn)入調(diào)整轉(zhuǎn)型時(shí)期，不少企業(yè)僅僅依靠國(guó)家 退稅政策實(shí)現(xiàn)微利。
[0003] 人造板屬于資源依賴型的行業(yè)，木材及化學(xué)原料兩大項(xiàng)即占成本的70%左右。因 而，生產(chǎn)輕質(zhì)、高性能人造板成為轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要內(nèi)容。人造板的物理力學(xué)性能和環(huán)保指 標(biāo)（甲醛釋放量），很大程度上要依靠所用的膠粘劑來保證。膠粘劑是人造板的核心，不但 影響其質(zhì)量、能耗，還影響成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年人造板所用膠粘劑總量達(dá)到1387萬t (以 100%計(jì)）的驚人規(guī)模。其中脲醛膠1230萬t (以100%計(jì)）占總量的88. 7%。
[0004] 傳統(tǒng)的脲醛膠制造工藝可概括分為三個(gè)步驟，即弱堿-弱酸-弱堿三步，簡(jiǎn)稱弱堿 工藝。由于甲醛與尿素反應(yīng)過程極為復(fù)雜，在不同工藝條件（溫度、pH值及F/U量比）下 反應(yīng)生成不同的基團(tuán)及中間產(chǎn)品，并最終導(dǎo)致膠粘劑性能的巨大差異。因而，通過改變工藝 條件可以制出能滿足不同人造板需求的膠粘劑。通過改進(jìn)脲醛膠的結(jié)構(gòu)以提高膠粘劑的物 理力學(xué)性能以及環(huán)保性能（降低甲醛釋放量）等質(zhì)量指標(biāo)，比之添加高能耗的化學(xué)品或采 用其它昂貴膠粘劑，更具有節(jié)能、降耗及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。低成本高性能膠粘劑有助于人造板向輕 質(zhì)、高性能轉(zhuǎn)型。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種制備環(huán)保人造板用改性脲醛膠的兩步法，所 得脲醛膠產(chǎn)品具有低成本、高性能、環(huán)保等特點(diǎn)。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：制備環(huán)保人造板用改性脲醛膠 的兩步法，主要采用以下重量份的原料：質(zhì)量濃度37%的甲醛水溶液56?60份、農(nóng)用尿素 42?39份、工業(yè)級(jí)三聚氰胺0. 2?2份和適量氫氧化鈉及甲酸，按弱酸-弱堿兩步制備，其 中，弱酸步驟是在pH值4?6. 5的弱酸介質(zhì)中同時(shí)進(jìn)行尿素及甲醛的加成和縮聚反應(yīng)。
[0007] 環(huán)保人造板為纖維板時(shí)，上述制備環(huán)保人造板用改性脲醛膠的兩步法，甲醛及三 聚氰胺一次投料，尿素分三次投料，反應(yīng)終點(diǎn)分兩次控制，具體按以下操作進(jìn)行：
[0008] 〈1>將甲醛水溶液（通常其pH值為4. 0-4. 2)投入反應(yīng)釜中，開動(dòng)攪拌器開始加 熱，升溫到40°C時(shí)停止加熱，用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值為4. 8?5. 2 ;
[0009] 〈2>加入占尿素總質(zhì)量42?44%的第1批尿素及全部三聚氰胺，繼續(xù)加熱升溫到 70°C時(shí)停止加熱，加甲酸調(diào)節(jié)pH值為4. 5?4. 8 ;然后自然升溫并維持在90±2°C ;使用渾 點(diǎn)法觀測(cè)反應(yīng)物在水中形態(tài)，當(dāng)反應(yīng)物滴到水溫40?45°C水中呈白色霧狀為第一終點(diǎn)；或 用涂-4杯測(cè)其粘度，應(yīng)為14?16s/30°C ;
[0010] 〈3>用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH為6· 0?6· 5,加入占尿素總質(zhì)量18?22 %的 第2批尿素，控制溫度為87±3°C進(jìn)行縮聚反應(yīng)；使用渾點(diǎn)法觀測(cè)反應(yīng)物在水中形態(tài)，當(dāng)反 應(yīng)物滴到水溫55?60°C水中呈白色霧狀為第二終點(diǎn)；或用涂-4杯測(cè)其粘度，應(yīng)為15? 20s/30 〇C ；
[0011] 〈4>加氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值為7. 6?7. 8,冷卻到80-82°C后加入占尿素總 質(zhì)量36-40%的第3批尿素，在65?70°C保溫30分鐘后開始降溫，當(dāng)溫度降至35?45°C 時(shí)，調(diào)節(jié)pH值為7. 6?8. 6后出料。
[0012] 環(huán)保人造板為刨花板時(shí)，上述制備環(huán)保人造板用改性脲醛膠的兩步法，甲醛及三 聚氰胺一次投料，尿素分四次投料，反應(yīng)終點(diǎn)分兩次控制，具體按以下操作進(jìn)行：
[0013] 步驟〈1>至〈3>同上；
[0014] 〈4>加氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值為7. 6?7. 8,加入占尿素總質(zhì)量的20-30 %的第 3批尿素，并在65?75°C下進(jìn)行真空濃縮，粘度達(dá)到40?45s/30°C為終點(diǎn)；然后加入占尿 素總質(zhì)量10-16%的第四批尿素，在60?65°C保溫30分鐘后開始降溫，當(dāng)溫度降至35? 45°C時(shí)，調(diào)節(jié)pH值為7. 6?8. 6后出料。
[0015] 氫氧化鈉水溶液質(zhì)量濃度為25?30 %。
[0016] 發(fā)明人在傳統(tǒng)改性脲醛膠的三步法弱堿工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，主要是合并成 弱酸（PH4. 0?6. 5)-弱堿（pH 7. 6?8. 6)兩步，加料方式為甲醛及三聚氰胺一次投料，尿 素分三至四批投料。在pH = 4?6. 5條件下反應(yīng)生成的羥甲基脲進(jìn)一步脫水生成亞甲基 脲和以亞甲基鍵連接的低分子化合物，使脲醛膠分子結(jié)構(gòu)中亞甲基脲和二羥甲基脲組團(tuán)比 例達(dá)到一個(gè)較佳值，這樣不但改善了膠的內(nèi)聚力，還提高了與纖維的粘結(jié)力；即弱酸步驟是 在弱酸介質(zhì)中同時(shí)進(jìn)行尿素及甲醛的加成和縮聚反應(yīng)，這樣改善了膠的分子結(jié)構(gòu)，還減少 了從酸性到堿性，又從堿性到酸性，最后再?gòu)乃嵝缘綁A性的大量酸堿的消耗。反應(yīng)中還加 入少量的三聚氰胺以提高性能，同時(shí)調(diào)整尿素分三次投料的比例，減少第一及第二批尿素 的比例，增加第三及第四批尿素的比例，最終不但減少約一半的酸堿消耗，還使產(chǎn)品強(qiáng)度提 高，甲醛釋放量降低。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 實(shí)施例1
[0018] 1.配方：工業(yè)級(jí)甲醛水溶液（質(zhì)量濃度37%) 1500kg，農(nóng)用尿素1025kg，工業(yè)級(jí)三 聚氰胺25kg，氫氧化鈉、甲酸適量，所用氫氧化鈉水溶液質(zhì)量濃度25%。
[0019] 2.制備工藝
[0020] 〈1>將全部甲醛水溶液投入反應(yīng)釜中，開動(dòng)攪拌器開始加熱，升溫到40°C時(shí)停止 加熱，用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值為5. 0 ;
[0021] 〈2>加入第1批尿素445kg及全部三聚氰胺，繼續(xù)加熱升溫到70°C時(shí)停止加熱，力口 甲酸調(diào)節(jié)pH值為4. 8 ;然后自然升溫并維持在90±3°C ;使用渾點(diǎn)法觀測(cè)反應(yīng)物在水中形 態(tài)，當(dāng)反應(yīng)物滴到水溫42°C水中呈白色霧狀為第一終點(diǎn)；
[0022] 〈3>用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH為6. 5,加入第2批尿素210kg，控制溫度為88 ±2°C 進(jìn)行縮聚反應(yīng)；使用渾點(diǎn)法觀測(cè)反應(yīng)物在水中形態(tài)，當(dāng)反應(yīng)物滴到水溫58°C水中呈白色霧 狀為第二終點(diǎn)；
[0023] 〈4>加氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值為7. 8,冷卻到80-82°C后加入第3批尿素370kg， 在65?70°C保溫?cái)嚢?0分鐘后開始降溫，當(dāng)溫度降至45°C時(shí)，用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH 值為8.0后出料。
[0024] 3.產(chǎn)品檢測(cè)（見表1)
[0025] 表1實(shí)施例1膠的質(zhì)量及制板效果
[0026] 膠性能
[0027]

【權(quán)利要求】
1. 一種制備環(huán)保人造板用改性脲醛膠的兩步法，其特征在于主要采用以下重量份的原 料：質(zhì)量濃度37%的甲醛水溶液56?60份、農(nóng)用尿素42?39份、工業(yè)級(jí)三聚氰胺0. 2? 2份，按弱酸-弱堿兩步制備，其中，弱酸步驟是在pH值4?6. 5的弱酸介質(zhì)中同時(shí)進(jìn)行尿 素及甲醛的加成和縮聚反應(yīng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備環(huán)保人造板用改性脲醛膠的兩步法，其特征在于：所述 環(huán)保人造板為纖維板。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備環(huán)保人造板用改性脲醛膠的兩步法，其特征在于甲醛及 三聚氰胺一次投料，尿素分三次投料，反應(yīng)終點(diǎn)分兩次控制，具體按以下操作進(jìn)行： 〈1>將甲醛水溶液投入反應(yīng)釜中，開動(dòng)攪拌器開始加熱，升溫到40°C時(shí)停止加熱，用氫 氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值為4. 8?5. 2 ; 〈2>加入占尿素總質(zhì)量42?44%的第1批尿素及全部三聚氰胺，繼續(xù)加熱升溫到70°C 時(shí)停止加熱，加甲酸調(diào)節(jié)pH值為4. 5?4. 8 ;然后自然升溫并維持在90±3°C ;使用渾點(diǎn)法 觀測(cè)反應(yīng)物在水中形態(tài)，當(dāng)反應(yīng)物滴到水溫40?45°C水中呈白色霧狀為第一終點(diǎn)；或用 涂-4杯測(cè)其粘度，應(yīng)為14?16s/30°C ; 〈3>用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH為6. 0?6. 5,加入占尿素總質(zhì)量18?22%的第2批尿 素，控制溫度為87±3°C進(jìn)行縮聚反應(yīng)；使用渾點(diǎn)法觀測(cè)反應(yīng)物在水中形態(tài)，當(dāng)反應(yīng)物滴到 水溫55?60°C水中呈白色霧狀為第二終點(diǎn)；或用涂-4杯測(cè)其粘度，應(yīng)為15?20s/30°C ; 〈4>加氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值為7. 6?7. 8,冷卻到80-82°C后加入占尿素總質(zhì)量 36-40%的第3批尿素，在65?70°C保溫30分鐘后開始降溫，當(dāng)溫度降至35?45°C時(shí)，調(diào) 節(jié)pH值為7. 6?8. 6后出料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備環(huán)保人造板用改性脲醛膠的兩步法，其特征在于：所述 環(huán)保人造板為刨花板。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備環(huán)保人造板用改性脲醛膠的兩步法，其特征在于甲醛及 三聚氰胺一次投料，尿素分四次投料，反應(yīng)終點(diǎn)分兩次控制，具體按以下操作進(jìn)行： 〈1>將甲醛水溶液投入反應(yīng)釜中，開動(dòng)攪拌器開始加熱，升溫到40°C時(shí)停止加熱，用氫 氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值為4. 8?5. 2 ; 〈2>加入占尿素總質(zhì)量42?44%的第1批尿素及全部三聚氰胺，繼續(xù)加熱升溫到70°C 時(shí)停止加熱，加甲酸調(diào)節(jié)pH值為4. 5?4. 8 ;然后自然升溫并維持在90±3°C ;使用渾點(diǎn)法 觀測(cè)反應(yīng)物在水中形態(tài)，當(dāng)反應(yīng)物滴到水溫40?45°C水中呈白色霧狀為第一終點(diǎn)；或用 涂-4杯測(cè)其粘度，應(yīng)為14?16s/30°C ; 〈3>用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH為6. 0?6. 5,加入占尿素總質(zhì)量18?22%的第2批尿 素，控制溫度為87±3°C進(jìn)行縮聚反應(yīng)；使用渾點(diǎn)法觀測(cè)反應(yīng)物在水中形態(tài)，當(dāng)反應(yīng)物滴到 水溫55?60°C水中呈白色霧狀為第二終點(diǎn)；或用涂-4杯測(cè)其粘度，應(yīng)為15?20s/30°C ; 〈4>加氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值為7. 6?7. 8,加入占尿素總質(zhì)量的20-30 %的第3批 尿素，并在65?75°C下進(jìn)行真空濃縮，粘度達(dá)到40?45s/30°C為終點(diǎn)；然后加入占尿素總 質(zhì)量10-16%的第四批尿素，在60?65°C保溫30分鐘后開始降溫，當(dāng)溫度降至35?45°C 時(shí)，調(diào)節(jié)pH值為7. 6?8. 6后出料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的制備環(huán)保人造板用改性脲醛膠的兩步法，其特征在于： 所述氫氧化鈉水溶液質(zhì)量濃度為25?30%。
【文檔編號(hào)】C09J161/30GK104086730SQ201410363462
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】張運(yùn)明, 劉幽燕, 唐愛星 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)