中溫固化酚醛樹脂膠的研制.pdf

1、木材工業(yè)用的酚醛樹脂主要是由苯酚和甲醛在堿性催化劑作用下合成的一種熱固性樹脂，這種樹脂具有優(yōu)良的耐水性、耐候性，以及很高的膠合強(qiáng)度。然而，相比于其它氨基樹脂，酚醛樹脂所需固化溫度高，固化時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，制約了其進(jìn)一步應(yīng)用。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展及低碳環(huán)保理念的提升，研制一種中溫固化的酚醛樹脂顯得尤為迫切，不僅符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，還可促進(jìn)木材工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
　　本文針對(duì)酚醛樹脂固化溫度高、固化速度慢這一難題，以樹脂的合

2、成、調(diào)膠直至最后的壓板工藝為主線，研制優(yōu)化出一種中溫固化的酚醛樹脂，并對(duì)其固化機(jī)理進(jìn)行分析。樹脂的合成包括三個(gè)部分，即先采用復(fù)合催化劑合成一種高鄰位高羥甲基含量的酚醛樹脂，然后選用不同改性劑在不同添加工藝下合成改性酚醛樹脂，最后以篩選出來(lái)的復(fù)合催化劑中的氫氧化鈉、改性劑、甲醛為試驗(yàn)因素建立響應(yīng)面試驗(yàn)，優(yōu)化出原料的最佳配比。在調(diào)膠時(shí)，對(duì)不同固化劑進(jìn)行篩選，確定促進(jìn)酚醛樹脂固化效果最好的一組固化劑。壓板時(shí)主要對(duì)固化劑用量、熱壓溫度、熱壓時(shí)間

3、三個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化，以確定最節(jié)能的熱壓工藝。在這一系列試驗(yàn)中，輔以紅外光譜分析及差示掃描量熱分析等研究樹脂合成及固化機(jī)理。
　　本論文主要結(jié)論如下：（1）二價(jià)金屬氫氧化物/氫氧化鈉作為復(fù)合催化劑合成酚醛樹脂時(shí)可以降低樹脂固化溫度，當(dāng)氫氧化鎂加入量為苯酚量的0.15%，氫氧化鈉/苯酚的摩爾比為0.6，甲醛/苯酚摩爾比為2.3，合成的酚醛樹脂可在115℃下固化，膠合強(qiáng)度為1.06 MPa。（2）選用不同改性劑在不同添加工藝下合成的酚醛樹

4、脂固化溫度較低，改性劑對(duì)降低酚醛樹脂固化溫度效果依次為：間苯二酚＞尿素＞三聚氰胺＞大豆分離蛋白，當(dāng)間苯二酚在第三次加甲醛后加入，且加入量為苯酚量的10.5%或尿素在第一次加甲醛后加入，且加入量為苯酚量的18%時(shí)，合成的樹脂均可在110℃下固化，膠合強(qiáng)度分別為0.92 MPa、0.87 MPa。（3）當(dāng)氫氧化鎂加入量為苯酚量的0.15%時(shí)，利用響應(yīng)面法優(yōu)化出樹脂原料的最佳配比，即甲醛/苯酚摩爾比為2.32，氫氧化鈉/苯酚摩爾比為0.56，

5、尿素加入量為苯酚量的20.03%，間苯二酚加入量為苯酚量的9.98%時(shí)，合成的酚醛樹脂可在105℃下固化，膠合強(qiáng)度為1.03 MPa。（4）碳酸丙烯酯作為固化劑對(duì)縮短酚醛樹脂固化時(shí)間的效果最好，當(dāng)碳酸丙烯酯用量為膠液量的2%時(shí)，固化時(shí)間可縮短64.4%，適用期240 min。添加2%碳酸丙烯酯的酚醛樹脂可以采用不同的熱壓工藝生產(chǎn)膠合板，當(dāng)熱壓時(shí)間為1.0 min/mm時(shí)，熱壓溫度可以從105℃降低到95℃，膠合強(qiáng)度從1.19 MPa降低

6、到0.88 MPa；當(dāng)熱壓溫度為105℃時(shí)，熱壓時(shí)間可以從1.0 min/mm縮短至0.7 min/mm，膠合強(qiáng)度從1.19 MPa降低到0.96 MPa，兩者均可減少能耗，降低生產(chǎn)成本。以生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、能源消耗為出發(fā)點(diǎn)，最佳的熱壓工藝為碳酸丙烯酯加入量為苯酚量的1.35%，熱壓溫度105℃，熱壓時(shí)間為0.8 min/mm，制備的膠合板膠合強(qiáng)度為1.21 MPa，達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)上的安全系數(shù)1.0 MPa。（5）接觸角測(cè)定表明，合成的

7、改性酚醛樹脂具有良好的潤(rùn)濕性，添加固化劑后樹脂粘度增大，樹脂在單板表面的潤(rùn)濕性略微減小。（6）紅外光譜分析表明改性后的酚醛樹脂原特征吸收峰不變，且譜圖中出現(xiàn)改性劑結(jié)構(gòu)中的特殊官能團(tuán)振動(dòng)峰，但又與文獻(xiàn)中單獨(dú)的改性劑官能團(tuán)振動(dòng)峰不同，即出現(xiàn)相應(yīng)的共縮聚作用產(chǎn)生的振動(dòng)峰，說(shuō)明改性劑經(jīng)化學(xué)反應(yīng)縮聚到樹脂的分子鏈中。酚醛樹脂固化前后的紅外光譜分析表明，樹脂固化時(shí)主要是通過(guò)羥甲基之間及羥甲基與酚羥基鄰、對(duì)位的氫之間的縮聚反應(yīng)，酰胺鍵、醚鍵消失或轉(zhuǎn)化

8、，使樹脂交聯(lián)成體型結(jié)構(gòu)的大分子。（7）差示掃描量熱分析表明復(fù)合催化劑或改性劑改性的酚醛樹脂固化反應(yīng)放熱峰均向低溫方向移動(dòng)，樹脂固化特征溫度降低，響應(yīng)面法優(yōu)化制備的酚醛樹脂固化特征溫度更低，固化起始溫度為69.5℃；添加1.35%膠液量的碳酸丙烯酯可進(jìn)一步降低酚醛樹脂的固化特征溫度，固化起始溫度為51.5℃。（8）非等溫差示掃描量熱分析表明調(diào)膠后的樹脂凝膠化溫度為30.6℃，固化溫度為102.7℃，后處理溫度為135.6℃，n級(jí)模型的固化