苯酚-尿素-甲醛共缩聚树脂加速固化的研究

王洪艳，李 琴，张 建，袁少飞，杜官本

（1.浙江省林业科学研究院，浙江省竹类重点实验室，浙江 杭州 310023；2.西南林业大学，云南 昆明 650224）

苯酚-尿素-甲醛共缩聚树脂加速固化的研究

王洪艳1，李 琴1，张 建1，袁少飞1，杜官本2

（1.浙江省林业科学研究院，浙江省竹类重点实验室，浙江 杭州 310023；2.西南林业大学，云南 昆明 650224）

选用碳酸丙烯酯作为固化剂，研究了碳酸丙烯酯加入量对苯酚-尿素-甲醛共缩聚树脂（PUF）固化性能的影响，考查了PUF树脂作为胶粘剂基料用于刨花板的制作情况。结果表明，加入一定量的碳酸丙烯酯后，PUF树脂的固化温度降低，固化时间缩短；碳酸丙烯酯的加入对PUF的固化和刨花板的生产效率有提高和促进作用。

PUF树脂；碳酸丙烯酯；固化剂；固化时间

酚醛树脂（PF）因其优异的耐水性能、良好的耐磨和耐候性能[1～3]常被用作户外用人造板的生产，PF胶粘剂是刨花板生产中主要采用的胶粘剂[4～6]。由于PF胶存在固化温度较高、固化时间较长、生产成本较高和颜色较深等缺点，为了改善这些性能，国内外研究学者通过改进PF的配方及合成工艺研制出了苯酚-尿素-甲醛共缩聚树脂（PUF）[7～9]，但有关固化剂对促进PUF固化作用的研究报道几乎没有，本研究以碳酸丙烯酯作为固化剂，研究了其对PUF树脂固化性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要材料

苯酚、尿素、甲醛、氢氧化钠、碳酸丙烯酯，分析纯，成都市科龙化工试剂厂；刨花（含水率为4%），浙江丽人人造板集团公司。

1.2 主要仪器

BY30型万能试验压机，苏州新协力集团公司；万能力学试验机，日本岛津公司；STA490PC型同步热分析仪，德国耐驰仪器制造有限公司；NDJ-1B型旋转黏度计，上海昌吉地质仪器有限公司。

1.3 PUF树脂的制备

（1）控制PUF树脂中n（苯酚）：n（氢氧化钠）：n（尿素）：n（甲醛）=1：0.375：0.24：2.1。其中氢氧化钠采用30%溶液，甲醛分2次加入，第1次加入量为总量的70%、第2次加入总量的30%。

（2）将苯酚在60 ℃的水中溶化；开动搅拌器，依次向三口瓶中加入苯酚、氢氧化钠溶液、第1批甲醛溶液和尿素，升温至90℃，保温30 min；加入第2批甲醛，90 ℃保温；10 min后取样，冷却至20 ℃，用旋转黏度计测黏度；黏度控制在500～600 mPa·s时出料。

1.4 性能测试

1.4.1 PUF性能测试

（1）黏度及固含量：按照GB/T 14074-2006标准进行测定。

（2）固化时间：按照GB/T 14074-2006标准进行测定（固化剂的添加量分别为PUF的1%、3%、5%、7%和9%。测试时采用油浴进行加热，油温设定为180 ℃）。

（3）热性能：采用同步热分析仪对加入固化剂前后的PUF进行差示扫描量热（DSC）测试（以N2作保护气，温度为20～260℃，升温速率为10 K/min）。

1.4.2 刨花板性能测试

1）刨花板制作：控制刨花板厚度为18 mm、密度为0.67 g/cm3、单位压力为2 MPa、热压温度为200 ℃和热压时间分别为400 s、300 s、200 s。

2）静曲强度：按照GB/T 17657-1999标准进行测定。

3）内结合强度：按照GB/T 17657-1999标准进行测定。

2 结果与讨论

2.1 碳酸丙烯酯加入量对PUF固化时间的影响

表1为碳酸丙烯酯加入量对PUF固化时间的影响。

由表1可知：加入碳酸丙烯酯后，PUF的固化时间明显缩短，当碳酸丙烯酯添加量超过5%以后，时间缩短并不明显，基本在180～190 s。

表1 碳酸丙烯酯加入量对PUF固化时间的影响Tab.1 Effect of propylene carbonate amount on curing time of PUF resin curing time

2.2 DSC分析

选择PUF和加入5%碳酸丙烯酯的PUF这2个样品进行DSC测试，结果如图1所示。

图1 未加固化剂及加入5%碳酸丙烯酯的PUF之DSC测试Fig.1 DSC results of PUF resins before and after adding 5% propylene carbonate

由图1可知：未加固化剂的PUF胶整个固化峰比较宽，固化时间相对较长，固化峰顶温度为123.4 ℃，固化到达峰顶时所需的热量为60 mW；加入5%碳酸丙烯酯后，PUF的固化曲线呈现2个峰顶且峰宽度较窄，固化起始温度相对降低，当固化温度在107.7 ℃时，PUF胶已经发生部分固化，且整个固化所需热量不足50 mW，低于未加固化剂的PUF。从中可以看到加入固化剂后，PUF固化温度有所降低，固化所需热量减少，固化时间缩短，因此固化剂的加入对PUF的固化有促进作用。

2.3 刨花板的力学性能分析

选用未加固化剂的PUF和加入5%碳酸丙烯酯的PUF作为胶粘剂，热压时间分别为400 s、300 s和200 s，测试板材的静曲强度和内结合强度，结果如表2所示。

表2 碳酸丙烯酯的加入对板材成型及力学性能的影响Tab.2 Effects of adding propylene carbonate on molding and mechanical properties of particle board

由表2可知：在热压时间相同时，加入固化剂（5%碳酸丙烯酯）后，板材的力学性能得到明显提高；其中当热压时间为300 s时，静曲强度由6.21 MPa提高到7.53 MPa，提高了21.2%；内结合强度由0.2 MPa提高到0.45 MPa，提高了125%，说明固化剂的加入可以明显提高板材的力学性能。同时固化剂的加入还可以明显缩短刨花板的热压时间，当热压时间为200 s时，不加入固化剂，板材不能成型，而加入固化剂后板材可成型，且具有一定强度。

刨花板的力学性能与热压三要素（温度、压力和时间）紧密相关，力学性能优良的刨花材离不开优异的热压工艺。本试验中，刨花板的力学试验数据结果普遍偏低，并没有达到国标要求，这与本试验设计有关，本试验只是初步探讨了固化剂加入前后刨花板力学性能的变化，而就本研究结果看，固化剂的加入对缩短热压时间，提高刨花板的物理力学性能还是有促进作用的。

3 结论

综合以上研究，固化剂碳酸丙烯酯的加入，可以降低PUF固化温度，缩短固化时间，对PUF树脂的固化和刨花板生产效率的提高有促进作用。碳酸丙烯酯的合适加入量为胶液的5%。另外，本研究并未对碳酸丙烯酯加速PUF固化的机理进行研究，后续还有待加强这方面的研究。

[1]余先纯,孙德林,李湘苏.木材胶黏剂与胶合技术[M].北京:中国轻工业出版社,2011.

[2]顾继友.胶粘剂与涂料[M].北京:中国林业出版社,1999.

[3]黄世强,孙争光,吴军,等.胶粘剂及其应用[M].北京:机械工业出版社,2012.

[4]王月祥,赵贵哲,刘亚青.脲醛树脂胶粘剂改性研究进展[J].中国胶粘剂,2008,17(9):44-47.

[5]黄纾洁,钟锦标,吕建,等.改性低毒脲醛树脂的研究进展[J].塑料工业,2006,34(B05):78-80.

[6]王飚,滕桢,李照远.改性脲醛树脂胶的研制及其应用[J].林产工业,2011,38(2):31-35.

[7]杜官本,李君,杨忠.苯酚-尿素-甲醛共缩聚树脂研制合成与分析[J].林业科学,2000,36(5):73-77.

[8]PizziA.Phenol form aldehyde wood adhesive under very alkaline conditions[J]. Holzforschung, 1994,48(2):150-156.

[9]陶毓博,李鹏,陆仁书,等.尿素改性酚醛树脂胶粘剂的研究[J].林产工业,2005,32(1):13-16.

Study of curing acceleration of phenol-urea-formaldehyde co-condensed resin

WANG Hong-yan1, LI Qin1, ZHANG Jian1, YUAN Shao-fei1, DU Guan-ben2
(1.Key Laboratory of Bamboo Research of Zhejiang, Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou, Zhejiang 310023, China; 2.Southwest Forestry University, Kunming, Yunnan 650224, China)

Using propylene carbonate as the curing agent, the effect of adding amount of propylene carbonate on curing behavior of the phenol-urea-formaldehyde (PUF) co-condensed resin was studied in this paper. And the molding of particleboard was investigated when the PUF resin was used as the binder matrix. The result showed that adding a certain amount of PUF resin reduced the curing temperature, shortened the curing time and had a positive role in PUF curing and particle board production efficiency.

PUF resin; propylene carbonate; curing agent; curing time

TQ433.4+3

A

1001-5922（2016）12-0036-03

2016-07-15

王洪艳（1984-），女，博士，助理研究员，主要从事人造板及胶粘剂的研究。E-mail：15990054143@163.com。

浙江省林业工程重中之重一级学科开放基金（2014lygcy026）资助，浙江省公益技术农业项目（2015C32087）资助。