脲醛树脂合成

脲醛树脂合成商品名Beetle。又称尿素甲醛树脂，简称UF，平均分子量约10000。尿素与37%甲醛水溶液在酸或碱的催化下可缩聚得到线性脲醛低聚物，工业上以碱作催化剂，95℃左右反应，甲醛/尿素之摩尔比为1.5～2.0，以保证树脂能固化。反应第一步生成一和二羟甲基脲，然后羟甲基与氨基进一步缩合，得到可溶性树脂，如果用酸催化导致凝胶。产物需在中性条件下才能贮存。线性脲醛树脂以氯化铵为固化剂时可在室温固化。模塑粉则在130～160℃加热固化，促进剂如硫酸锌、磷酸三甲酯、草酸二乙酯等可加速固化过程。脲醛树脂主要用于制造模压塑料，制造日用生活品和电器零件，还可作板材粘合剂、纸和织物的浆料、贴面板、建筑装饰板等。由于其色浅和易于着色，制品往往色彩丰富瑰丽。脲醛树脂成本低廉，颜色浅，硬度高，耐油，抗霉，有较好的绝缘性和耐温性，但耐候性和耐水性较差。它是开发较早的热固性树脂之一。1924年，英国氰氨公司研制，1928年始出售产品，30年代中期产量达千吨，80年代世界年产量已超过1.5Mt。制作塑料制品所用的脲醛树脂的数量仅占总产量的10%左右。在甲醛与尿素的摩尔比较低的情况下制得的脲醛树脂，与填料（纸浆、木粉）、色料、润滑剂、固化剂、稳定剂（六亚甲基四胺、碳酸铵）、增塑剂（脲或硫脲）等组分混合，再经过干燥、粉碎、球磨、过筛，即得脲醛压塑粉。压制脲醛塑料的温度140～150℃、压力25～35MPa，压制时间依制品的厚度而异，一般为10～60min。塑料制品主要是电气照明设备和电话零件等。脲醛树脂一般为水溶性树脂，较易固化，固化后的树脂无毒、无色、耐光性好，长期使用不变色，热成型时也不变色，可加入各种着色剂以制备各种色泽鲜艳的制品。脲醛树脂坚硬，耐刮伤，耐弱酸弱碱及油脂等介质，价格便宜，具有一定的韧性，但它易于吸水，因而耐水性和电性能较差，耐热性也不高。特点编辑脲醛树脂主要用于和醇酸树脂配制氨基醇酸烘漆，以提高漆膜的硬度和干性。它与不干性醇酸树脂配合可制成酸固化氨基漆作为木材家具罩光之用。但耐候性、耐水性、保光性稍差。可占环氧树脂和醇酸树脂配制不同性能的底漆和室内用漆。主要特点包括：1.价格便宜，原料充足。2.脲醛树脂分子结构上含有极性氧原子，所以对物面附着力好。可以用于底漆，中间层涂料，以提高面漆之间的结合力。3.由于用酸性催化剂时可在室温固化，可用于双组分木器涂料。4.以脲醛树脂固化的漆膜，挠曲性较好。5.脲醛树脂的粘度较大，酸值较高，贮藏稳定性较差。[1]1实验1．1原料及仪器原料：(1)脲素；(2)甲醛（36%水溶液），化学纯；(3)六次甲基四胺，分析纯；(4)10%氢氧化钠；(5)聚乙烯醇；（6）10%草酸溶液仪器：250mL三颈烧瓶，球形冷凝管，电动搅拌器，200℃温度计，粘度计，电热套。1．2实验原理1．3步骤①在带有电动搅拌器的250mL的三颈烧瓶中，加入1gPVA和30g质量分数为35％甲醛水溶液。加热至4O℃左右，反应5min，使PVA基本溶解，溶液透明，允许有少量悬浮物；②升温至5O℃左右，加1．5g六次甲基四胺，全溶后用质量分数为2O％的氢氧化钠调pH值至8．0左右；③尿素5Og，按7：2：1质量比，分3次投料，升温至6O℃，投入第一批，并加0．5gPVA，缓缓升温到8O℃，反应30min；④用氢氧化钠调节pH=7．0，加入第二批尿素，保持温度8O℃以上。反应30min；⑤再用氢氧化钠调节pH=8．0，加入第三批尿素，反应2Omin；⑥降温至4O～5O℃，用NaOH调pH值至7．5-8．0，冷却出料得产品[2]。2．1各因素对反应的影响2．1．1原料量比(A)的影响固定其他条件，选定不同的甲醛与脲素的质量比，得实验数据见表1。甲醛／脲素的量比降低，则胶粘剂羟甲基及游离醛含量降低，导致产品粘接力下降，储存稳定性下降。质量比升高，胶液中游离甲醛含量增多。同样对树脂质量造成不利影响。在配比中适当增加脲含量，可提高产品的固含量，增加体系的粘度，脲醛树脂的稳定性与缩聚物分子中的-NH2基的数量有关，-NH2基比较活泼，很容易和羟甲基发生缩合作用。所以若反应后剩余的-NH2基越多，中间缩聚物则越容易发生交联，树脂液的稳定性也越差。可见(甲醛)：n(脲索)=1．5：1较适宜。2．1．2聚乙烯醇用量对反应的影响应用最佳原料配比，固定其他条件，选定不同的聚乙烯醇的用量，得实验数据见表2。改性聚乙烯醇的影响也较重要，聚乙烯醇与甲醛反应生成聚乙烯缩甲醛，改善了树脂结构，使树脂的胶联度下降，脆性降低，增加挠性，改善了耐老化现象。由于聚乙烯醇较贵，所以其用薰应加以控制，经过大量实验考察，得出其质量比为1．0％时效果最佳[3]。2．1．3反应温度对反应的影响选择最佳原料配比和聚乙烯醇用量，固定其他条件，选择不同的反应温度，得实验数据，见表3。在酸性介质中，升高温度，反应速率迅速增加，树脂聚合度迅速增大，甚至造成凝胶。但温度太低，则反应速度太慢，聚合度偏低，导致树脂固化困难，因此温度控制应适当。因此反应温度选用100℃。2．1．4反应时间对产品的影响选择最佳原料摩尔配比、聚乙烯醇的质量和反应温度，选定不同的反应时间，实验数据见表4。反应程度对体系粘度影响也较大，即反应时间越长，树脂聚合度越高。要达到最佳的粘接性能，应控制反应的终点，过早停止反应粘度就小，反应时间延长粘度增大。因此反应时间选用60min[4].