脲醛树脂固化原理和条件
脲醛树脂胶中存在游离甲醛,加入固化剂氯化铵即与脲醛树脂中游离醛发生
反应,氯化铵与水反应及氯化铵热分解分别放出盐酸,以上3个反应为可逆反应。
使脲醛树脂胶pH值迅速下降,实现弱酸固化,分子量逐渐增大,最后形成体型网
状结构树脂。
1脲醛树脂胶固化时间影响因素
1.1脲醛树脂胶固化温度和湿度
(1)调制后脲醛树脂的固化时间与环境温度、热压温度有关。环境温度越高,
生活力越短,固化时间越短,反之亦然。其原因从反应机理得知温度会影响胶液
pH值降低的速度,从而影响胶液的活性期及脲醛树脂胶固化时间。为此,在不同
生产季节应考虑选择不同种类及不同量的固化剂,以提高胶合质量。当氯化铵溶
液加入量小于3%时,固化时间迅速缩短。此外,在热压工艺中热压温度对固化时
间也会造成一定的影响,调胶后若固化时间较长可适当提高热压温度,加速树脂
固化,缩短生产周期。反之,若调胶后固化时间过短,可适当降低热压温度,以防
脲醛树脂提前固化而影响产品质量。但热压温度过高易造成板坯局部提前固化
而引起分层鼓泡；而热压温度过低,热传递效率降低延长固化时间,导致板中水
分过多。固化不全,同样会产生分层鼓泡。
(2)操作环境湿度大,固化速度慢。其原因在环境湿度大的条件下,加速胶液
中羟甲基团及次甲基醚键水解速度而放出甲醛,有碍于树脂固化,因而延长了固
化时间。
1.2脲醛树脂原胶及木材pH值
(1)脲醛树脂胶pH值。脲醛树脂胶为酸固化胶种,脲醛树脂加固化剂量弱酸
性(pH4.5~6)条件下,对人造板胶合强度最为理想,且缩短胶凝时间。随着原胶
pH值升高延长了固化时间。固化后胶层pH值过低或过高都不利胶层固化。若
胶层pH 3.5,虽反应激烈能加速固化,但胶层易老化。若pH值5时,胶层固化不
完全。在脲醛树脂中,pH值决定着反应机理和反应速度,由于在树脂液中存在游
离醛,脲的反应活性点及羟甲基等使固化时间与pH值成一定的线性关系。不同
pH值的胶液具有不同脲醛反应的活化能,活化能愈小则反应愈易进行。在偏酸
性条件下,pH值低的胶液其活化能较低,缩合反应易于进行,则固化时间也较短。
(2)木材pH值和碱缓冲容量。木材中的酸性物质会促进脲醛树脂固化,而碱
性物质则不利脲醛树脂固化。但绝大多数树种木材属于酸性物质,pH值在4~6
之间,总缓冲容量为0.146mmol,但大青杨、春榆、色木、家榆等树种木材属碱
性物质,pH值偏高,特别是pH值和碱缓冲能力均高的树种会降低脲醛树脂固化
速度,延长固化时间,须增大固化剂用量或适当延长热压时间。碱性树种木材易
造成延缓固化和固化不完全而引起分层,而酸性木材易提前固化易产生分层鼓泡。
固化时间随着木材pH值和碱缓冲容量减少而缩短。反之亦然。即使同一树种,
因心材与边材pH值不同,其固化时间也不同。如杨木心材pH值大于边材pH值,
心材较边材固化时间为长。热压后心材板坯常发生开胶现象。由于心材与酸性
固化剂起中和反应,降低了胶液酸性,致使减缓胶液固化速度或阻止固化,固化难
以形成网状交联结构,降低胶结合强度,使板坯易于开胶。
1.3脲醛树脂原胶的树脂分子量、固含量及粘度
脲醛树脂胶分子量大、因含量高、粘度大,则适用期短,胶凝时间短。这与
脲醛树脂的摩尔比,反应温度、反应时间及脱水量有关。原胶的粘度大,反映了
树脂反应时间长,脱水量多,反应温度低。固含量高,则反映了树脂反应时间长,
脱水量多,摩尔比低。树脂分子量大,则反映了树脂反应温度高,反应时间短。
1.4脲醛树脂胶游离醛含量
游离醛含量既加速树脂胶中羟甲基团及次甲基醚键水解速度,有碍于脲醛树
脂的固化。同时,脲醛树脂加入氯化铵固化剂后,需要有足够游离甲醛与氯化铵
起反应才能加速固化,缩短固化时间。但一般游离醛含量高有利于树脂的固化,
但若游离醛含量过高,既影响粘结强度,又造成环境污染。游离醛含量过低,又会
延长固化时间。而游离醛含量高低,除与反应速度、脱水与否有关外,主要取决
于摩尔比高低。摩尔比高,则游离甲醛含量亦高,适用期短,固化时间亦短。
1.5脲醛树脂固化剂种类和加入量
脲醛树脂固化剂种类繁多,但以氯化铵应用最为广泛,具有价格低廉,水溶性
好,无毒无味,使用方便等特点。但若采用多组份固化剂,使夏季可延长树脂的适
用期,冬季可加速树脂的固化。常在氯化铵中适当配合些浓盐酸、尿素、三聚氢
铵、六次甲基四胺等化合物,也可由硫酸羟胺、水、尿素、氯化铵等或由过硫酸
铵、氨、水等组成复合性固化剂。既可使树脂迅速固化,又可使脲醛胶达到令人
满意的适用性。若采用潜伏性固化剂,既无早期固化的危险,加热时还可加速固
化,使用效果良好。
2控制适宜脲醛树脂胶固化时间
(1)气温对脲醛树脂胶的胶凝时间影响十分显著,为此,应随不同季节变更固
化剂的品种及用量,以确保脲醛树脂适宜的胶凝时间(见表1)。
表一不同温度变更氯化铵溶液用量(浓度20%)
温度(℃)20 25 30 35
固化剂用量(%)6.0 3.5 2.0 1.0
夏季可参照表1,随温度升高适当减少氯化铵用量。冬季可采用硫酸羟胺、
氯化铵、尿素、水组成或由过硫酸铵、氨、水组成的复合固化剂,更便于迅速固
化。
(2)对湿度低的地区或季节,脲醛树脂固化速度快需少加固化剂量。反之,对
湿度高的地区或季节,固化速度慢时宜多加固化剂量,以便提高生产效率。
(3)脲醛树脂胶pH值应控制在pH 7~8.5范围内,这样可便于调胶的控制。
(4)调整热压工艺。冬季为了缩短固化时间,可从改变热压工艺着手,提高热
压温度,延长热压时间,加速脲醛树脂固化,缩短生产周期。
(5)调整制胶工艺。脲醛树脂胶冬季粘度可略高于夏季粘度。