脲醛树脂胶黏剂制备工艺对纤维板性能的影响

买化塑

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广州慧正智联科技有限公司

墙面漆家具家用电器探讨在甲醛/（尿素+三聚氰胺）物质的量比相近的情况下，不同三聚氰胺添加比例及酸式及碱式合成工艺对三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂及其制备的纤维板性能的影响，为不同防水性能要求的纤维板生产提供参考。关键字：粘合剂&密封剂

李璐雯，苏焕锋，石志锋，黄进，唐晨阳，严艺铭

广西三威家居新材股份有限公司

摘要：探讨在甲醛/（尿素+三聚氰胺）物质的量比相近的情况下，不同三聚氰胺添加比例及酸式及碱式合成工艺对三聚氰胺改性脲醛树脂胶黏剂及其制备的纤维板性能的影响，为不同防水性能要求的纤维板生产提供参考。结果表明，三聚氰胺添加量越高，防潮性能越好，但三聚氰胺添加量提高到15%之后纤维板吸水厚度膨胀率降低幅度不大。酸式工艺三聚氰胺添加量在6%以下时，与常规碱式工艺相比在纤维板吸水厚度膨胀率、内胶合强度指标上具有一定优势。

前言

纤维板作为家具制造和建筑装饰等领域的主要材料之一，其国内外市场竞争日趋激烈，特别是近年随着我国刨花板产能的急剧扩大，挤压纤维板市场，2024年底全国纤维板年总产能收缩至4 183万m³^［1］。

纤维板具有吸湿性，厚度尺寸变化较大，导致压贴开裂、喷粉开裂。随着国内外相关产品标准指标的提高以及市场供过于求矛盾的突出，高耐水性和低甲醛释放的纤维板是其发展趋势。

纤维板生产的重要原料脲醛树脂胶黏剂，对纤维板的性能指标有直接影响。三聚氰胺改性脲醛树脂（MUF）是在特定工艺条件下，以三聚氰胺、尿素、甲醛为主要原料制得的热固性树脂^［2］。引入多官能团的三聚氰胺分子，促进了脲醛树脂的交联反应，形成三维网状结构，提高纤维板的胶结强度和耐水性，同时降低树脂中游离醛含量，广泛用于低甲醛释放量和防潮纤维板生产。

目前，我国纤维板生产工厂用的脲醛树脂胶黏剂普遍采用碱-酸-碱工艺制造，这种生产工艺简单易控，设备要求低，凝胶风险低。在投料量一定情况下，通过改变合成工艺来提升脲醛树脂胶黏剂的性能是目前传统木材胶黏剂研究的趋势。

酸式工艺是在20世纪70年代末以糖醛理论为根底发展起来的，在酸性和甲醛过量条件下羟甲基脲之间脱水缩合，生成耐水性的Uron环。引入Uron环，使合成的树脂形成三维网状结构，从而降低树脂交联密度，增长分子链，提高缩聚程度，有利于纤维板的胶结强度和耐水性的提高，因此在纤维板防水性能上表现出一定优势^［3-5］。

本文以甲醛/（尿素+三聚氰胺）物质的量之比1.0～1.1，分别采用不同三聚氰胺添加比例及传统合成工艺和酸式工艺合成三聚氰胺改性脲树脂，对不同胶黏剂的性能指标和生产纤维板的主要理化性能进行分析，为优化脲醛树脂胶黏剂的配方提供新的研究思路，为生产防潮纤维板提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验原料

防潮纤维板试验生产原料、规格及生产厂家见表1。

表1　试验原料

1.2 试验设备

防潮纤维板试验仪器名称、型号及生产厂家见表2。

表2　试验设备

1.3 制胶试验

碱式工艺：在三口烧瓶中加入甲醛，用液碱将pH值调节至碱性，并加入第1次三聚氰胺及尿素；达到一定温度后保温反应，调节pH至酸性，反应到目标黏度后，在弱酸性下加入第2次三聚氰胺及尿素保温反应；在弱碱性下分批加入第3、4次尿素，甲醛与尿素的物质的量比控制在1.0～1.1；保温反应后，冷却降温，调节pH至碱性，出胶。

酸式工艺：在三口烧瓶中加入甲醛，用液碱将pH值调节至弱酸性；加入第1次三聚氰胺，加完后立即升温至45 ℃，待三聚氰胺完全溶解后加入第1次尿素，加热升温，升到一定温度后保温反应一定时间；加液碱调节pH值至碱性（三聚氰胺用量≤10%时，调节pH至弱酸性）；不断测定黏度值，此阶段终点黏度达到终点要求值后加液碱调节pH值至碱性，加入第2次尿素及三聚氰胺，不断测黏度，此阶段终点黏度达到终点要求值后，在碱性下分批加入第3、4次尿素，甲醛与尿素的物质的量比控制在1.0～1.1；保温反应后，冷却降温，调节pH至碱性，出胶。

1.4 制板试验

在实验室，将松杂纤维倒入无重力双轴桨叶混合机中，用压缩空气将胶黏剂及防水剂、固化剂等助剂喷入，和松杂纤维充分混合并将施胶后的纤维干燥至含水率为（8.5±0.5）%。称取一定质量的纤维进行铺装，初步预压后在180～190 ℃的热压温度下热压成型，热压工艺曲线如图1所示。

图1 热压工艺曲线

1.5 性能测定

1）胶黏剂的检测。

黏度：用涂-4杯检测，用秒数表示。

固含量：参照 GB/T 14074—2017《木材工业用胶粘剂及其树脂检验方法》测定。

固化时间：参照GB/T 14074—2017测定。

游离甲醛含量：采用盐酸滴定法测定胶黏剂的游离甲醛含量，具体操作如下：在250 mＬ锥形瓶中加入1 g左右胶黏剂，加入5 mL无水乙醇在冰水浴中混合均匀。25 mL的Na₂SO₃溶液（质量分数为15%）和25 mL的盐酸溶液（0.1 mol/Ｌ），在冰水浴中混合均匀后，加7滴百里香酚酞指示后。用0.1 mol/Ｌ的氢氧化钠标准溶液滴定至蓝色，并将消耗的体积记录下来。空白试验除不加胶黏剂外其余步骤相同。平行测定两次，取两次测定结果的算术平均值。游离甲醛含量计算见公式（1）。

（1）

式中：

F——游离甲醛含量，%；

V₀——空白消耗氢氧化钠标准溶液体积，mL；

V₁——试样消耗氢氧化钠标准溶液体积，mL；

C——氢氧化钠标准溶液浓度，mol/L；

m₁——试样质量，g；

pH值、密度和水溶性：参照GB/T 14074—2017测定。

2）纤维板的理化性能检测。

内胶合强度、吸水厚度膨胀率（方法1）、静曲强度、70 ℃静曲强度、甲醛释放量（萃取法）等参照GB/T 17657—2022《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》测定。

2 结果与分析

2.1 胶黏剂理化性能和储存稳定性

1）胶黏剂的理化性能。不同三聚氰胺用量，不同制胶工艺对胶黏剂理化性能的影响如表3所示。随着三聚氰胺用量的增加，胶黏剂水溶性降低，固含量增加。这是因为三聚氰胺与甲醛反应生成羟甲基三聚氰胺，在缩聚反应中引入三聚氰胺的支化结构及Uron环结构，从而形成更大的三维网状结构，使树脂中大分子缩聚物含量增加^［6］。

表3　不同三聚氰胺用量和不同工艺的三聚氰胺改性脲醛树脂的理化性能

2）胶黏剂的储存稳定性。不同三聚氰胺用量，不同工艺的三聚氰胺改性脲醛树脂的储存pH值和黏度变化见表4和表5。

表4　不同三聚氰胺用量和不同工艺的三聚氰胺改性脲醛树脂的储存pH值变化

由表4及表5可知，胶黏剂储存7天后，三聚氰胺添加量在15%及以下的胶黏剂的pH值及黏度变化不大；当三聚氰胺添加量在20%时，碱式工艺pH值变化不大，黏度随时间延长稍有增长，与第一天结果相比黏度增长0.9 s，但酸式工艺7天后pH值下降接近0.3，黏度储存5天内变化不大，但储存7天时黏度增长1.2 s，变化幅度有增大的趋势（见图2和图3）。即三聚氰胺添加量在15%及以下的胶黏剂储存7天时胶黏剂性能稳定，当三聚氰胺添加量在20%时，碱式工艺7天内胶黏剂性能相对稳定，但酸式工艺pH值及黏度变化幅度加大，即高比例三聚氰胺的酸式工艺胶黏剂储存稳定性更差。

表 5　不同三聚氰胺用量和不同工艺的三聚氰胺改性脲醛树脂的储存黏度变化单位：s

图2 胶黏剂放置1天后（按三聚氰胺用量递增及酸、碱式工艺排序）

图3 胶黏剂放置7天后（按三聚氰胺用量递增及酸、碱式工艺排序）

2.2 纤维板理化性能

不同三聚氰胺用量及工艺的三聚氰胺改性脲醛树脂的纤维板理化性能见表6。纤维板内胶合强度、吸水厚度膨胀率、静曲强度和甲醛释放量变化趋势见图4~7。

表6　不同三聚氰胺用量及工艺的三聚氰胺改性脲醛树脂的纤维板理化性能

由表6和图4~7结果可知，随着三聚氰胺用量的增加，纤维板的萃取法甲醛释放量降低，内胶合强度稍有提高，湿静曲强度提高较大，但两种工艺区别不大；三聚氰胺添加量直接影响纤维板的防潮性能，随着三聚氰胺用量的增加，吸水厚度膨胀率降低，当三聚氰胺添加量提高到15%后降低幅度减弱，且当三聚氰胺添加量提高至20%后，酸式工艺的湿静曲强度上稍低于碱式工艺。