脲醛樹脂合成過程中的變化非常復(fù)雜，對(duì)于反應(yīng)機(jī)理至今人們不十分清楚?，F(xiàn)有兩種理論即傳統(tǒng)理論和糖醛理論按照兩種理論可合成不同結(jié)構(gòu)和性能的脲醛樹脂，接下來小編就為大家來詳細(xì)的介紹一下，趕緊跟隨我們一起來詳細(xì)了解一下吧。
　　一、應(yīng)用傳統(tǒng)理論合成體型結(jié)構(gòu)的脲醛樹脂
　　傳統(tǒng)理論認(rèn)為，脲醛樹脂的合成主要分為兩個(gè)階段，一個(gè)階段羥甲基脲生成，為加成反應(yīng)階段;第二階段樹脂化，為縮聚反應(yīng)階段。
　　1、加成反應(yīng)階段
　　尿素與甲醛在中性或弱堿性介質(zhì)(PH 7~8)中進(jìn)行羥基化反應(yīng)。當(dāng)甲醛與尿素的摩爾比(F/U)≤1時(shí)生成穩(wěn)定的一羥基甲基脲;
　　H2N-CO-NH2+CH2O → H2N-CO-NHCH2OH，然后再與甲醛反應(yīng)生成二羥甲基脲，H2N-CO-NHCH2OH + CH2O → HOH2CHN-CO-NHCH2OH
　　還可以生成少量的三羥甲基脲、四羥甲基脲，但是到目前為止還未分離出四羥甲基脲。一羥甲基脲、二羥甲基脲和三羥甲基脲的反應(yīng)速度比為9：3：1。
　　2、縮聚反應(yīng)階段
　　羥甲基脲中含有活潑的羥甲基(-CH2OH)，可進(jìn)一步縮合生成聚合物。由于在堿性條件下縮聚反應(yīng)很慢，只有在微酸介質(zhì)(PH 4~6)中，生成的一羥甲基脲和二羥基脲在高溫下羥甲基脲懷未反應(yīng)的尿素、羥甲基與羥甲基之間進(jìn)行亞甲基化反應(yīng)，形成各種縮聚物的中間體。反應(yīng)基本上有5種形式，典型的反應(yīng)有：
　　一羥甲基脲與相鄰分子胺基上的氫縮合脫水形成亞甲基鍵。
　　H2N-CO-NHCH2OH+H2N-CO-NHCH2OH → H2N-CO-NHCH2NH-CO-NHCH2OH + H2O，相鄰兩分子的羥基甲基發(fā)生縮合形成二亞甲基醚鍵并放出水。HOCH2NH-CO-NHCH2OH + HOCH2NH-CO-NHCH2OH → HOCH2NH-CO-NHCH2NH-CO-NHCH2OH+H2O，相鄰兩分子的羥甲基發(fā)生脫水和脫甲醛反應(yīng)形成甲基?。篐OCH2NH-CO-NHCH2OH + HOCH2NH-CO-NHCH2OH → HOCH2NH-CO-NHCH2NH-CO-NHCH2OH + H2O
　　中間體形成后，進(jìn)一步縮聚形成以亞甲基和二亞甲基為主體或少量以醚鍵連接的線型或支鏈型的低聚物，是各種相對(duì)分子質(zhì)量的混合物，平均分子質(zhì)量700左右，可溶于水，由于脲醛樹脂的低聚物含有羥甲基、胺基和亞胺基等活性基團(tuán)，因此，隨著時(shí)間的延續(xù)還會(huì)繼續(xù)反應(yīng)形成更大的分子。加熱或加入固化劑能加速反應(yīng)的進(jìn)行，形成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
　　二、應(yīng)用糖醛理論合成Uron環(huán)結(jié)構(gòu)的脲醛樹脂
　　由于糖醛理論的發(fā)展，采用了與傳統(tǒng)合成脲醛樹脂完全不同的方法，首先在強(qiáng)酸介質(zhì)(PH<3.0)中，使尿素與甲醛反應(yīng)生成一定的數(shù)量的Uron環(huán)結(jié)構(gòu)小分子，然后進(jìn)一步聚合成含有Uron環(huán)鏈段的高分子。因?yàn)閁ron環(huán)的耐水解能力好于亞甲基二脲，所以合成的脲醛樹脂的交聯(lián)密度，故脲醛樹脂的初粘劑性較好。然而，隨著脲醛樹脂分中Uron環(huán)數(shù)量的增加，固化速度減慢，因此，在脲醛樹脂合成時(shí)，Uron環(huán)含量控制在10%左右為宜，Uron環(huán)的含量隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的提高而增加，與此同時(shí)，羥甲基含量閆少，甲醛釋放量低，粘接性能差。
　　脲醛樹脂膠由于膠合強(qiáng)度好、使用方便、原料易得、成本低廉等特點(diǎn)，被廣泛用于中/高密度纖維板生產(chǎn)中，成為重要的木材膠黏劑品種。隨著人造板工業(yè)和家具工業(yè)發(fā)展，企業(yè)對(duì)脲醛樹脂及其應(yīng)用后的效果，不斷提出更高的要求，歐洲、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)人造板甲醛釋放限量均有嚴(yán)格限定。近30年來，對(duì)脲醛樹脂合成機(jī)理及其所制成人造板的甲醛釋放量機(jī)理研究，一直是各國(guó)化工科技人員特別是林產(chǎn)化工科技工作者的研究熱點(diǎn)。通過這些基礎(chǔ)研究工作，掌握并獲得了性能優(yōu)異的樹脂。這些研究涉及到樹脂配方設(shè)計(jì)、合成工藝對(duì)分子結(jié)構(gòu)的影響以及經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)?，F(xiàn)結(jié)合筆者多年的實(shí)踐，談?wù)勲迦渲铣杉夹g(shù)方面的體會(huì)。
　　強(qiáng)酸介質(zhì)的酸性合成工藝：
　　強(qiáng)酸合成工藝路線用于生產(chǎn)實(shí)踐的在國(guó)內(nèi)尚不多見，這是一種反傳統(tǒng)的脲醛樹脂合成方法。強(qiáng)酸合成工藝的優(yōu)點(diǎn)，在于樹脂固化后，較傳統(tǒng)方法合成的樹脂有更高的亞甲基橋鍵，而亞甲基醚鍵數(shù)量較少，而且發(fā)現(xiàn)有大量的URON環(huán)化合物。其反應(yīng)歷程為在強(qiáng)酸介質(zhì)下，甲醛與脲素反應(yīng)生成一定數(shù)量的URON環(huán)結(jié)構(gòu)，然后再進(jìn)一步聚合成具有URON環(huán)鏈節(jié)的高分子。在樹脂中引入U(xiǎn)RON等雜環(huán)衍生物時(shí)，由于相對(duì)減少了樹脂交聯(lián)程度，增加分子長(zhǎng)度，有利于提高樹脂水溶性和初黏性，其在生產(chǎn)中的應(yīng)用，因其熱壓系數(shù)低，顯著提高生產(chǎn)效率而引人注目。其生產(chǎn)工藝各階段摩爾比對(duì)生產(chǎn)的安全性及膠黏劑性能有較大的影響。我們?cè)趶?qiáng)酸介質(zhì)條件下的合成工藝為：加入全部甲醛，用HCI調(diào)反應(yīng)液PH<2.5，并加入助劑升溫到一定溫度，分步加入U(xiǎn)1反應(yīng)到終點(diǎn)用NaOH調(diào)反應(yīng)液至金黃色，調(diào)前外觀為白色透明液體，轉(zhuǎn)變?yōu)榻瘘S色非常明顯。加入U(xiǎn)2進(jìn)行二次縮聚，反應(yīng)達(dá)到要求，黏度為18s-20s(涂-4杯);再調(diào)反應(yīng)液的PH=7-9，加入U(xiǎn)3保溫反應(yīng)半小時(shí)后降溫出料。
　　在強(qiáng)酸工藝的研究中，有以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：
　　(1)在強(qiáng)酸介質(zhì)下，一次脲素的投料溫度是決定甲醛與脲素反應(yīng)及其產(chǎn)物后縮聚反應(yīng)的重要參數(shù)，如果掌握不好，則會(huì)發(fā)生事故，使反應(yīng)難以平穩(wěn)進(jìn)行。
　　(2)一次脲素和甲醛的摩爾比存在一個(gè)極值點(diǎn)，小于此極值點(diǎn)，反應(yīng)生成物的特性黏度會(huì)顯著增長(zhǎng)，以至于不能控制，因經(jīng)，相對(duì)合理地盡可能降低摩爾比，可以使反應(yīng)生成物的分子量提高，可以提高膠黏劑的內(nèi)聚強(qiáng)度和木材粘接力。
　　(3)二次縮聚時(shí)PH值嚴(yán)重影響膠液的透明度及其貯存期。PH值越低，二次脲素加入量越大，膠液越渾濁，穩(wěn)定性越差，貯存期越短。在我們的工藝中，以反應(yīng)液用NaOH調(diào)節(jié)剛轉(zhuǎn)變?yōu)榻瘘S色為條件。
　　(4)二次縮聚時(shí)脲素加入量的多少，對(duì)木材的膠合強(qiáng)度也存在一個(gè)極值點(diǎn)。由于二次縮聚時(shí)加入的脲素主要與反應(yīng)物中未反應(yīng)甲醛發(fā)生羥甲基化，并繼續(xù)縮聚，朝樹脂化方向發(fā)展，此階段難以形成二羥甲基脲及其縮合物，所以脲素量過大，會(huì)使縮聚產(chǎn)物的內(nèi)聚力下降，從而導(dǎo)致膠合強(qiáng)度降低。