一種實木復合地板基材復合板用改性脲醛膠及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種實木復合地板基材復合板用改性脲醛膠粘劑，包括如下重量份數的原料：重量濃度為37%的甲醛水溶液520～580份；尿素300～360份；三聚氰胺70～120份；聚乙烯醇1～3份；促進劑0.1～0.5份；所述促進劑為六亞甲基四胺、雙氰胺或兩者的混合物。其生產工藝依次分為強酸、弱酸和弱堿三個階段。本發(fā)明的改性脲醛膠粘劑甲醛釋放量低，復合強度大，生產成本低，符合LY/T1738-2008規(guī)定的各種性能。
【專利說明】一種實木復合地板基材復合板用改性脲醛膠及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于改性脲醛樹脂膠粘劑領域，尤其涉及一種實木復合地板基材復合板用改性脲醛膠粘劑及其生產方法。
【背景技術】
[0002]我國是世界上木地板生產大國，從2009-2012年全國木地板產量均達3.8-4億平方米/年，其中實木地板僅占10%，其余90%均依靠人造板(高密度纖維板及多層復合板)作基材而制成，分別稱為強化木地板及多層實木復合地板。由于多層實木復合板性能(強度，耐水，壽命)均優(yōu)于高密度纖維板，因而以多層實木復合板為基材，表面貼以美觀的實木薄層而制成多層實木復合地板的產量比例正在逐年上升。木地板均用于室內，不但要求美觀、承重，不變形，更要求很低的甲醛釋放量。根據中華人民共和國行業(yè)標準LY/T1738-2008“實木地板用復合板”的規(guī)定，甲醛釋放量分為兩個等級=Etl級≤0.5mg/L及E1級≤1.5mg/L。此外，還對復合強度、靜曲強度、浸潰剝離性能、彈性模量等性能指標均有嚴格要求。 [0003]眾所周知，人造板的甲醛釋放量主要依靠所采用的樹脂膠粘劑來保證，而其物理力學性能也與樹脂膠粘劑有相當大的關系。如果采用酚醛樹脂膠粘劑可以獲得良好效果，但是酚醛膠價格較高，而且固化溫度高、速度慢，對單板含水率要求很嚴格。因此，目前市場上多用高比例三聚氰胺改性的脲醛樹脂膠粘劑。廣西豐林木業(yè)集團股份有限公司公開了一種三聚氰胺脲醛膠，三聚氰胺占12%，聚乙烯醇占0.45%ο由該膠制成的地板基材用復合板(七層，厚12mm)，其甲醛釋放量達到E1級，物理力學性能符合LY/T1738-2008的要求，制造過程可概括為弱堿-弱酸-弱堿三步驟(詹滿軍，林國利等，一種實木復合地板基材用改性脲醛樹脂膠的合成，中國人造板，2012，2，17-19)。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種甲醛釋放量和生產成本均較低，而性能又良好的一種實木復合地板基材(復合板)用改性脲醛樹脂膠及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術方案是:
改性脲醛膠，包括如下重量份數的原料:
重量濃度為37%的甲醛水溶液520~580份；尿素300~360份；三聚氰胺70~120份；聚乙烯醇I~3份；促進劑0.1~0.5份。
[0006]所述促進劑為六亞甲基四胺、雙氰胺或兩者的混合物，純度至少是工業(yè)級。
[0007]其生產工藝的關鍵是通過改進脲醛樹脂本身的結構以減少甲醛釋放量并保證地板基材的物理力學性能，而不是單純地通過添加大量化學助劑的方法以達到目的。制造過程可概括分為強酸-弱酸-弱堿三步驟，在強酸階段，樹脂生成一定量的環(huán)狀結構，既減少了能釋放甲醛的基團又提高了物理力學性能。最終產品為含有環(huán)狀結構(Uron環(huán))的改性脲醛膠。
[0008]本發(fā)明的改性脲醛膠的具體生產方法，包括如下步驟:(O強酸階段:將重量濃度為37%的甲醛水溶液及聚乙烯醇投入反應釜中，開動攪拌器，開始加熱升溫，溫度穩(wěn)定在45~48°C時加入重量濃度27~30%的鹽酸調節(jié)溶液pH值為1.0~2.0,加入第一批尿素,在48~78V反應30分鐘以上,尿素的加入量使甲醒水溶液重量與尿素的重量比為4.0~5.0。
[0009](2)弱酸階段:強酸階段反應結束，立即用重量濃度為27~30%氫氧化鈉水溶液調節(jié)反應液的pH為3.8~4.8 ;升溫至75~85°C，加入第一批三聚氰胺，第一批三聚氰胺的加入量占總三聚氰胺量10~50% ;攪拌均勻后，加入第二批尿素攪拌反應，加入量使甲醛水溶液重量與第一次和第二次尿素的總重量的比為1.8~3.2。
[0010](3)弱堿階段:當弱酸階段的反應物滴到50°C水中呈白色霧狀時，加重量濃度25~30%的氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為7.5~9.0，加入剩余三聚氰胺和促進劑，控制溫度在82~92°C，攪拌反應，直到反應物滴到75~80°C水中呈白色霧狀時，加入剩余尿素，在78~88°C下攪拌30分鐘以上；降溫，當溫度降至35~45°C時，加重量濃度25~30%的氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為7.5~8.6后，得到改性脲醛膠。
[0011]本發(fā)明產生的積極效果是:
發(fā)明人摒棄傳統(tǒng)弱酸工藝(弱堿-弱酸-弱堿)，改用強酸(pH 1.0~2.0)工藝(強酸-弱酸-弱堿)制膠。針對強酸條件下反應物對量比及停留時間非常敏感的特點，廢棄通常尿素快速投料的習慣，提出在一定時間內(以不出現凝膠為準)均勻加入的操作方法，以避免尿素加入過快造成局部量比過低，也不能過慢而造成停留時間過長而出現膠凝現象。同時提出強酸階段必須掌握的溫度、PH值、加料速度、加料時間與量比，依據這些具體操作步驟與精確數據，無需添加阻聚劑也不用低溫控制，也能安全可靠地控制反應，獲得改進結構的脲醛樹脂(含有Uron環(huán))。當然反應釜大小不同，加料量及加料時間也需相應調整，但最終以加完料的溫度在81~85°C且不產生膠凝現象為準。然后，在弱酸-弱堿條件下以三聚氰胺改性，又能增強脲醛樹脂膠粘劑的物理力學性能，從而以較少三聚氰胺獲得性能較佳的實木復合地板基材復合板用改性脲醛樹脂膠粘劑，具體是:
第一批尿素投料結束后，立即加堿使反應`物脫離強酸階段而進入弱酸階段。此時反應物料中仍然存在大量游離甲醛。因而必須加入第一批三聚氰胺和第二批尿素，并控制甲醛與尿素的比以保證樹脂質量。
[0012]另外，本發(fā)明生產方法具有兩個簡單明了、容易操作的終點控制指標(即分別以反應物滴入30°C及55~65°C水中是否出現白色云霧為標志)，以方便掌控工藝進程。
[0013]本發(fā)明的改性脲醛膠由于采用了強酸-弱酸-弱堿的制膠工藝，生產出的多層實木復合板甲醛釋放量達到中華人民共和國行業(yè)標準LY/T1738-2008的El級，小于1.5mg/L,強度及其他技術指標也達到了國家標準，保證了脲醛樹脂質量，符合健康要求。這種技術方案是經過無數次多層實木復合板生產的實踐才得到的。
[0014]本發(fā)明的改性脲醛膠除了作為實木復合地板的粘膠劑以外，在應用于高密度纖維板粘膠劑方面也進行了試驗，各種性能均優(yōu)于目前市場上銷售的脲醛膠。
[0015]
【具體實施方式】
[0016]實施例11、配方組成(以下實施例所指的“份”均為重量份，濃度以重量濃度計)
濃度37%的甲醛水溶液550份，尿素314份(純度為農業(yè)級)，三聚氰胺70份(純度為工業(yè)級)，聚乙烯醇1.6份(純度為99%)，雙氰胺3份(純度為工業(yè)級)。
[0017]2、制膠工藝
<1>將濃度37%的甲醛水溶液550份及聚乙烯醇1.6份投入反應釜中，開動攪拌器，開始加熱升溫，升溫到38~40°C時停止加熱，溫度慣性上漲到45°C時，用27~30%的鹽酸調節(jié)pH值為1.5 ;
〈2>溫度上升到45°C時，均勻加入第一批尿素126份，控制溫度升到70-76°C，反應30分鐘；
<3>立即用25~30%氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為4.0，加入36份三聚氰胺，攪拌后加入第二批尿素157份，保持80-90°C，使用渾點法觀測，將反應物滴入60°C水中，呈白色云霧狀為第一終點；
<4>達到第一終點后，加25~30%氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為7.8~8.0，加入三聚氰胺36份及雙氰胺3份，溫度控制在80-90°C，攪拌反應，使用渾點法觀測，將反應物滴入75~80°C水中，呈白色云霧狀為第二終點；
<5>上步反應到第二終點，反應液加25~30%氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為7.5，加入剩余尿素，攪拌45分鐘開始 降溫，當溫度降至40~45°C時，加25~30%的氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為8.6后出料。
[0018]3、制板效果
<1>制板工藝主要參數
七層桉木單板，單板厚2~2.2mm,含水率≤10%,膠粘劑加10%小麥粉，不加固化劑，施膠量 280g/m2 ；
熱壓溫度=125~135°C,熱壓時間=1.2~1.5min/mm。
[0019]<2>地板基材復合板質量(板厚15mm)
甲醛釋放量:1.0lmgzKE1級)，復合強度1.9MPa (在63°C水浸3小時后測)。
[0020]實施例2
1.配方組成
濃度37%的甲醛水溶液520份，尿素300份(純度為農業(yè)級)，三聚氰胺120份(純度為工業(yè)級)，聚乙烯醇1份(純度為工業(yè)級)，六亞甲基四胺0.1份(純度為工業(yè)級)。
[0021]2.制膠工藝
<1>將濃度37%的甲醛520份及聚乙烯醇1份投入反應釜中，開動攪拌器，開始加熱升溫，升溫到38~40°C時停止加熱，溫度慣性上升到45°C時，用31~36%的鹽酸調節(jié)pH值為 1.8 ;
<2>溫度上漲到45°C時，均勻加入第一批尿素130份，控制溫度升到70-72°C ；
<3>立即用25~30%氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為4.2，加入40份三聚氰胺，攪拌后加入第二批尿素158.9份，保持80-90°C，使用渾點法觀測，將反應物滴入60°C水中，呈白色云霧狀為第一終點；
<4>達到第一終點后，加25~30%氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為7.8~8.0，加入三聚氰胺80份及六亞甲基四胺0.1份，溫度控制在80-90°C，攪拌0.5-1小時(將反應物滴入75~80°C水中，呈白色云霧狀為第二終點)；
<5>加25~30%氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為7.8，加入剩余尿素，攪拌半小時開始降溫，當溫度降至40~45°C時，加25~30%的氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為8.2后出料。
[0022]3.制板效果
<1>制板工藝主要參數
七層桉木單板，單板厚2~2.2mm,含水率≤10%,膠粘劑加10%小麥粉，不加固化劑，施膠量 280g/m2 ；
熱壓溫度=125~135°C,熱壓時間=1.2~1.5min/mm。
[0023]<2>地板基材復合板質量(板厚15mm)
甲醛釋放量:0.70mg/L(E1級)，復合強度1.0MPa (在63°C沸水煮3小時后測)。
[0024]實施例3
1、配方組成
濃度37%的甲醛水溶液540份，尿素322份(純度為農業(yè)級)，三聚氰胺90份(純度為工業(yè)級)，聚乙烯醇1.6份(純 度為工業(yè)級)，雙氰胺0.3份(純度為工業(yè)級)。
[0025]2.制膠工藝
<1>將濃度37%的甲醛540份及聚乙烯醇1.6份投入反應釜中，開動攪拌器，開始加熱升溫，升溫到38~40°C時停止加熱，溫度慣性上升到45°C時，用31~36%的鹽酸調節(jié)pH值為2.0 ;
<2>溫度上漲到45°C時，均勻加入第一批尿素115份，控制溫度升到67~70V ；
<3>立即用25~30%氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為3.8，加入9份三聚氰胺，攪拌均勻后加入第二批尿素101份，保持80-90°C，使用渾點法觀測，將反應物滴入60°C水中，呈白色云霧狀為第一終點；
<4>達到第一終點后，加25~30%氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為8.5~9.0，加入三聚氰胺81份及雙氰胺0.3份，溫度控制在80-90°C，使用渾點法觀測，將反應物滴入75~80°C水中，呈白色云霧狀為第二終點；
<5>達到第二終點，反應液加入25~30%氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為7.5，加入剩余尿素，攪拌半小時開始降溫，
<6>當溫度降至35~40°C時，加25~30%的氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為8.0后出料。
[0026]3.制板效果
<1>制板工藝主要參數
七層桉木單板，單板厚2~2.2mm,含水率≤10%,膠粘劑加10%小麥粉，不加固化劑，施膠量 280g/m2 ；
熱壓溫度=125~135°C,熱壓時間=1.2~1.5min/mm。
[0027]<2>地板基材復合板質量(板厚15mm)
甲醛釋放量:0.40mg/L(E0級)，復合強度1.95MPa (在63°C水浸3小時后測)。
[0028]實施例4
2、配方組成
濃度37%的甲醛水溶液580份，尿素360份(純度為農業(yè)級)，三聚氰胺85份(純度為工業(yè)級)，聚乙烯醇3份(純度為工業(yè)級)，六亞甲基四胺0.2份(純度為工業(yè)級)，雙氰胺0.3份(純度為工業(yè)級)。
[0029]2.制膠工藝
<1>將濃度37%的甲醛水溶液580份及聚乙烯醇3份投入反應釜中，開動攪拌器，開始加熱升溫，升溫到42°C時停止加熱，溫度慣性上升到44°C時，用27~30%的鹽酸調節(jié)pH值為 1.0 ;
<2>溫度上漲到45°C時，均勻加入第一批尿素140.25份，控制溫度升到70~74°C ；<3>立即用25~30%氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為3.8，加入25份三聚氰胺，攪拌均勻后加入第二批尿素41份，保持80-90°C，使用渾點法觀測，將反應物滴入60°C水中，呈白色云霧狀為第一終點；
<4>達到第一終點后，加25~30%氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為8.2，加入三聚氰胺60份及六亞甲基四胺0.2份和雙氰胺0.3份，溫度控制在80-90°C，攪拌I小時；
<5>加入剩余尿素，讓其在78-88°C下進行縮聚反應，使用渾點法觀測，將反應物滴入75~80°C水中，呈白色云霧狀為第二終點；
<6>達到第二終點后開始降溫，當溫度降至35~40°C時，加25~30%的氫氧化鈉水溶液調節(jié)PH為7.5后出料。
[0030]制板效果
<1>制板工藝主要參數
七層桉木單板，單板厚2~2.2mm,含水率≥10%,膠粘劑加10%小麥粉，不加固化劑，施膠量 280g/m2 ；
熱壓溫度=125~135°C,熱壓時間=1.2~1.5min/mm。
[0031]<2>地板基材復合板質量(板厚15mm)
甲醛釋放量:0.45mg/L(E0級)，復合強度2.9MPa (在63°C水浸3小時后測)。
[0032]本發(fā)明的改性脲醛膠在作為高密度纖維板粘膠劑方面也進行了試驗，證明不僅可以應用于多層實木復合地板，作為高密度纖維板性能也優(yōu)于現有的脲醛膠。經過廣西某高密度纖維板生產廠試驗，甲醛釋放量:0.50mg/L(E0級)，復合強度3.0OMPa (在63°C水浸3小時后測)。
【權利要求】
1.改性脲醛膠，其特征在于，包括如下重量份數的原料: 重量濃度為37%的甲醛水溶液520~580份； 尿素300~360份； 三聚氰胺70~120份； 聚乙烯醇I~3份； 促進劑0.1~0.5份。
2.如權利要求1所述的改性脲醛膠，其特征在于，所述促進劑為六亞甲基四胺、雙氰胺或兩者的混合物。
3.如權利要求1所述的改性脲醛膠的生產方法，其特征在于，其生產工藝依次分為強酸、弱酸和弱堿三個階段。
4.如權利要求3所述的改性脲醛膠的生產方法，其特征在于，所述的強酸階段的生產工藝是:將甲醛水溶液及聚乙烯醇投入反應釜中，開動攪拌器，開始加熱升溫，溫度穩(wěn)定在45~48°C時加入重量濃度27~30%的鹽酸調節(jié)溶液pH值為1.0~2.0，均勻加入第一批尿素，在45~78°C反應30分鐘以上,尿素的加入量使甲醒水溶液重量與尿素的重量比為4.0 ~5.0。
5.如權利要求3所述的改性脲醛膠的生產方法，其特征在于，所述的弱酸階段的生產工藝是:強酸階段反應結束，立即用重量濃度為27~30%氫氧化鈉水溶液調節(jié)反應液的pH為3.8~4.8 ;升溫至75~85°`C，加入第一批三聚氰胺，第一批三聚氰胺的加入量占總三聚氰胺量10~50% ;攪拌均勻后，加入第二批尿素，加入量使甲醛水溶液重量與第一次和第二次尿素的總重量的比為1.8~3.2。
6.如權利要求3所述的改性脲醛膠的生產方法，其特征在于，所述的弱堿階段的生產工藝是:當弱酸階段的反應物滴到50°C水中呈白色霧狀時，加重量濃度25~30%的氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為7.5~9.0，加入剩余三聚氰胺和促進劑，控制溫度在82~92°C，攪拌反應，直到反應物滴到75~80°C水中呈白色霧狀時，均勻加入剩余尿素，在78~88°C下攪拌均勻后降溫，當溫度降至35~45°C時，加重量濃度25~30%的氫氧化鈉水溶液調節(jié)pH為7.5~8.6后，得到改性脲醛膠。
7.如權利要求1所述的改性脲醛膠在作為實木復合地板或高密度纖維板粘膠劑方面的應用。
【文檔編號】C08G12/40GK103666351SQ201310676102
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權日:2013年12月13日
【發(fā)明者】張運明, 殷亞慶, 劉幽燕, 蔣林斌 申請人:廣西大學