脲醛树脂的生产与市场前景发展计划部 郭建华摘　要 主要论述了脲醛树脂胶国内外生产现状与应用需求、工艺技术及其技术进步、装置经济规模、技术指标、发展趋势及政策导向等情况,指出环保型粉状固体脲醛树脂仍具有较好的发展前景,在具有尿素、甲醇原料等优势的化工企业,根据市场区位优势可适时介入。

关键词 脲醛树脂 生产 市场 前景1　概述脲醛树脂(Urea-formaldehyde Resin)是一种性能好、成本低廉、强度高的胶粘剂,现已成为应用最广泛的一种合成胶粘剂,是合成胶粘剂产品中产量最大的品种,主要用于生产人造板材。

脲醛树脂具有较好的粘合强度、耐热性、耐光性、耐腐蚀性;低分子量聚合物能溶于水,可用水作介质,而不需要有机溶剂;固化时间较短,在常温或加热条件下均能较快固化,从而缩短生产周期,并且固化后颜色较浅,不会污染制品;不易燃烧,使用方便;生产工艺简单,投资少。

这些优点使脲醛树脂成为国内外使用量最大的胶粘剂品种,大量用于刨花板、胶合板、纤维板等各种人造板材以及家具制造、室内装修等行业。

但脲醛树脂也有其弱点:在固化时收缩率较大,胶层易产生裂缝,耐水性差;含有游离甲醛,用它制造的人造板用于家具和室内装修,游离甲醛从人造板中挥发出来的速度很慢,使室内空气中甲醛含量长期超标,对人的健康不利,尤其对眼睛、肝脏等器官影响较大,对于抵抗力较弱的儿童甚至可能引发白血病等严重疾病。

高游离甲醛含量的脲醛胶是诱发“装修病”的主要原因,也是室内污染的主要污染源。

美国和欧盟早已把甲醛定为可能致癌的物质,世界各国也纷纷制定了限制甲醛浓度的法规。

众多专家指出,只有采取先进生产工艺,有效降低脲醛树脂的毒性,符合日益严格的环保要求,保障消费者的身体健康,才能保证脲醛胶在胶粘剂行业的主导地位。

环保型脲醛胶是脲醛树脂胶的发展方向。

游离甲醛的含量一般依据国际公认的欧洲标准判定,即用脲醛胶制成人造板后,利用钻空法测量板材中的游离甲醛含量,据此判定脲醛胶的游离甲醛指标,具体如表l所示,表中El和E2级脲醛胶属环保型。

表1　脲醛树脂的游离甲醛指标级别指标/(mg/100g)E1<10E2<30E3<60脲醛树脂主要有液体和粉状两种。

液体浓度一般为50%,少量为80%的浓缩液。

液体胶能耗低,价格低,但运输费用高、销售半径小,贮存时间一般为1～2个月;粉状胶能耗高,价格高,但运输费用低,销售半径大,贮存时间可达2年。

为使不同品种的脲醛树脂数量具有可比性,本文中除特别说明外,脲醛树脂数量均指干重。

2　国外生产与市场现状世界发达国家的胶粘剂生产比较集中,全球最大的10家生产商控制着世界1/3以上的合成胶粘剂市场,其中发达国家脲醛胶生产能力在1万t以上的有50多家,占脲醛胶总产能的90%以上,都达到了E1、E2级的环保型质量标准,且生产企业一般独立于木材加工厂,规模大、产量高、专业化水平高,技术先进。

据报道,日本80%的胶合板、100%的刨花板,德国75%的刨花板,英国100%的刨花板均使用脲醛胶,我国木材行业脲醛胶的消耗量每年不低于90万t。

2000年世界脲醛胶生产能力约700万t,消费量约550万t。

脲醛树脂消费主要集中在西欧、亚洲和北美。

2000年世界脲醛树脂消费情况见表2。

表2　2000年主要国家或地区脲醛树脂消费情况国家或地区消费量(万t)比例(%)西欧2003614中国1001812美国751316印度尼西亚701217其它651118加拿大20316日本20316合计550100102001年全球脲醛树脂产量约700万t,其中美国产量约80万t,西欧273万t,印尼75万t,日本21万t。

脲醛树脂市场成熟,其消费增长较缓,美国、西欧年增长率约3%。

日本则因为环保要求严格,胶合板生产量下降而主要依赖进口解决,脲醛树脂产量逐年下降,从1995年高峰时的超过32万t下降到2001年的1311万t。

另外,国外对胶合板游离甲醛含量要求日趋严格,因而在生产技术方面也不断取得进步。

由于酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂以及其混合物在生产工艺、产品用途方面的具有较多共同点,国内外生产脲醛树脂的企业也同时生产这些产品。

3　国内生产与消费2000年,我国胶粘剂总产量为24315万t,其中三醛胶即脲醛、酚醛、三聚氰胺甲醛树脂占4315%,计106万t,其中90%是脲醛胶。

2000年脲醛树脂的产能约120万t,产量为92万t,2001年产量达97万t(以干基计),占胶粘剂总产量近40%,是合成胶粘剂产品中产量最大的品种。

目前国内生产的脲醛树脂基本上是液体胶,浓度一般为50%,实物产量约为200万t。

我国主要使用E3级产品,E1和E2级的用量不足20%,还有一些连E3级也不能达到的劣质产品在大量使用。

近几年我国脲醛树脂产量情况见表3。

表3我国近几年三醛胶产量表万t 名称19971998199920002001三醛胶7619293139918106112脲醛树脂胶6617801686159297酚醛树脂胶812610151018111312三聚氰胺甲醛胶11892122152173根据表3可知,我国近年来三醛胶消费增长稳定,1997～2001年均增长率为918%(其中脲醛树脂年均增长率为918%),但消费增长趋缓, 1999～2001年年均增长率为6127%(其中脲醛树脂年均增长率为6134%)。

我国大约80%的脲醛胶是由木材加工企业自产自用,只有大约20%是由化工企业生产再销售给木材加工企业,见表4。

表4　脲醛树脂部份化工生产企业[2]省份企业能力(t)津天津市东光特种涂料总厂2000冀石家庄化肥集团公司1000衡水市化工厂3000吉通化胶粘剂分公司20000沪上海申星化工公司40000上海吉安化工公司50000浙磐安县树脂总厂杭州永明树脂化学公司宁波树脂厂浙江余姚永恒化工公司巨化集团公司闽福州化学漆厂400厦门第二化工厂3000苏无锡金惠化工塑料公司2300鲁胶南市大丰香料公司曲埠市慧迪化工公司3000青岛洲际化工公司赣江西国营八一化工厂500豫河南新乡燃料化肥总厂1000郑州树脂厂750湘湘潭市工矿药厂300衡阳振华油墨公司粤中山市民众镇森美饲料原料厂2000川成都化工二厂5000渝重庆塑料四厂600滇云天化集团公司30000总计164850我国木材加工企业多达3000多家,所以脲醛树脂的生产极为分散,生产专业化水平低,产品质量差,特别是游离甲醛含量高,污染严重。

我国脲醛树脂胶在以下两方面存在突出问题:(1)固体脲醛胶所占比例很小。

我国生产人造板所用脲醛树脂胶是普遍为浓度50%的脲醛树脂水溶液,其缺点是不宜贮存,贮存期仅1个月左右,甚至更短,只适合人造板厂自己配套生产。

同时,不适宜长距离销售。

其最大弱点是用其生产的人造板胶合强度低,无法达到日益提高的三板质量要求。

(2)游离甲醛含量严重超标。

据国家技术监督部门最近公布的数据,全国500～600家人造板生产企业,能生产达到国家环保要求产品的仅占1/10。

其根源则是脲醛树脂本身。

我国目前人造板中游离甲醛等级主要是E3级(游离甲醛< 60mg/100g),许多小型板材生产厂产品的游离甲醛含量超过100mg/100g。

目前国内E1级和E2级产品(<30mg/100g)仅为脲醛胶总量的20%左右。

在这样的情况下,通过家具和装修,已经产生了相当普遍的“装修病”,对人的神经、眼睛、肝脏造成了严重影响,甚至诱发儿童白血病。

我国人造板材的甲醛污染问题已经引起了消费者、媒体和政府管理部门的高度重视,国务院两位副总理先后做出批示。

据此,国家技术质量监督检验局牵头,在2001年经过大量论证,制订了新的室内装修材料环保标准。

按照新标准,人造板材和胶粘剂的甲醛释放量基本参照欧洲标准,即全部达到E2级环保要求。

新标准已在2002年1月1日发布实施,7月1日开始禁止销售不达标产品。

近年来,随着室内装修和家具市场对人造板材质量特别是对游离甲醛含量的要求越来越严格,国家从2000年开始对人造板材厂实行生产许可证管理,2002年出台的住宅装修建材新标准等相关法规即将出台,脲醛胶的生产格局正在发生如下变化:(1)环保型脲醛胶产量迅速提高,国内生产技术在企业与科研部门的积极攻关下,目前已能生产E2级产品,但生产E1级产品仍只能靠引进技术。

(2)脲醛胶生产向化工企业集中,商品化率不断提高。

因为普通木材加工企业用胶量较小,一般每年只有几百吨,而环保型脲醛胶的生产技术难度较高,经济规模为1万t/a,投资大,普通木材加工企业无法自己配套生产。

(3)粉状胶的比例逐渐提高。

液体脲醛胶的贮存时间只有1～2个月,而粉状胶的贮存时间则可达到2年。

因此液体脲醛胶一般是木材厂自产自用,或是由化工厂生产,供应附近的木材加工厂。

粉状脲醛胶则可面向全国甚至国际市场。

因此,随着脲醛胶商品化率的提高,粉状脲醛胶的比例将逐渐提高。

国家为加强生态保护,实施天然林禁伐政策。

为弥补木材缺口,需要大力提高木材综合利用率,发展人造板材。

在“十五”期间,我国家具工业和室内装修将会快速发展。

在家具行业,板材家具的比例将逐渐提高,而实木家具的比例则会逐渐降低;在室内装修领域,人造板材的用量也将迅速增长。

环保型脲醛胶的推广应用,人造板材游离甲醛含量的降低,也将进一步促进人造板材消费增长。

预计在“十五”期间,我国人造板材产量将以10%左右的速度快速增长,到2005年达到2500万m3。

且合成胶粘剂行业和人造板材行业“十五”发展规划明确提出要实现脲醛胶和人造板材的环保化,即全部达到E2级标准,并力争50%以上达到E1级标准。

因此,预测到2005年,我国环保型脲醛胶的消费量将达到160万t。

综上所述,我国环保型粉状脲醛树酯胶将有较大的发展空间,具有较好的发展机遇。

4　工艺技术411　合成工艺及技术脲醛树脂的合成工艺主要两种:弱碱—弱酸—弱碱的传统工艺;强酸—弱酸—弱碱的低温合成工艺。

传统的生产工艺是尿素和甲醛在碱性介质中逐步转变为在酸性条件下的合成、缩聚而生成的线性树脂,反应过程比较复杂,受原料的配比、反应的p H值、反应温度和反应时间等因素影响较大。

该技术合成的树脂由于亚甲基键或其它亲水性基因如CH2OH、N H2等的存在,使树脂的耐水性、抗老化性能比较差。

科研和生产实践证明,在保持配料比不变的条件下,将尿素由一次投料改为分阶段多次投料(一般选用3次投料较适宜),可有效降低游离甲醛的含量和提高胶的物理性能。

尿素与甲醛反应的第一阶段是加成反应,甲醛的含量较高,有利于二羟甲基脲的生成,对胶粘剂的胶合强度和稳定性起重要作用。

最后一批尿素的加入,有利于捕捉树脂中未反应的甲醛。

由于合成树脂的使用条件和具体用途不同,生产操作条件有一定差别,应根据具体情况选择适宜的操作参数。