普通脲醛(ＵＦ)树脂胶粘剂使用酸性盐作固化剂即可固化。然而对于低甲醛/尿素(Ｆ/Ｕ)摩尔比脲醛树脂胶粘剂,由于树脂胶中的游离甲醛含量非常低,在固化过程中游离甲醛与酸性盐反应生成的酸也相应地非常少,因此导致脲醛树脂胶粘剂固化迟缓,乃至不能完全固化。为此对于低Ｆ/Ｕ摩尔比脲醛树脂胶粘剂,必须适用复合固化剂或新的固化体系。使用不同类型的固化剂形成的胶层质量也有较大差别。本文对不同固化体系下低Ｆ/Ｕ摩尔比脲醛树脂胶粘剂固化特性对胶接性能、甲醛释放量的影响进行了研究。

1　实验

1.1　ＵＦ树脂的合成

    本试验合成了6种低Ｆ/Ｕ摩尔比ＵＦ树脂胶粘剂:ＪＱ-1、ＪＱ-2、ＪＱ-3,ＭＱ-1、ＭＱ-2、ＭＱ-3。Ｆ/Ｕ摩尔比为1.10/1,采用碱—酸—碱工艺。尿素分3次加入。

    将甲醛溶液加入反应釜,调整其ｐＨ值为8.0～9.0,加入Ｕ1。升温,在一定温度下反应一段时间后,将ｐＨ值调整为酸性,缩聚到要求的粘度后,加入Ｕ2。反应一段时间后加入Ｕ3。最后降温,将ｐＨ值调整为8.0～9.0,出料。在树脂合成过程中的某个时间段加入三聚氰胺及改性剂,三聚氰胺加入量占尿素量的3%,改性剂Ｍ(以固体计)加入量占总投料量的3%。ＪＱ-1、ＭＱ-1为不加任何改性剂的ＵＦ树脂胶粘剂;ＪＱ-2、ＭＱ-2为加入三聚氰胺的ＵＦ胶粘剂;ＪＱ-3、ＭＱ-3为加入三聚氰胺和改性剂Ｍ的ＵＦ胶粘剂。

1.2　胶合板试验

　　原料:单板为杨木,厚度2ｍｍ,幅面为32ｃｍ×32ｃｍ,含水率7%,压制3层胶合板。

    胶粘剂的调配:为了提高ＵＦ树脂胶粘剂的初粘性,满足预压要求,防止热压时透胶,节约原料,降低成本,在调胶过程中需要加入填料。有时加入某种改性剂以改善ＵＦ树脂胶粘剂的某种性能。试验以面粉作为活性填料,调胶配比为:100份(以质量计)ＵＦ树脂,加20份面粉,5份水。胶粘剂中固化剂加入量为50ｍＬ/ｋｇ(除草酸与氯化铵这一组以固体加入外,其余三组均配制成溶液)。涂胶量(双面)为320ｇ/ｍ²。

    工艺参数:闭口陈化时间30ｍｉｎ;预压压力0.8ＭＰａ,预压时间30ｍｉｎ;热压温度115℃;热压压力1.0ＭＰａ,热压时间3ｍｉｎ。

1.3　中密度纤维板试验

    纤维:试验所用纤维购于黑龙江省兴隆镇中密度纤维板厂,树种为混杂木。纤维含水率为8.0%。胶粘剂的调配:100ｇＵＦ胶粘剂中固化剂加入量为3ｍＬ,防水剂为石蜡乳液,加入量为0.7%,施胶量11%。热压工艺参数:板的厚度为10ｍｍ,密度为0.75ｇ/ｃｍ³。热压温度175℃,热压时间6.0ｍｉｎ。

1.4　性能检测

    中密度纤维板力学性能测试依照ＧＢ/Ｔ17657-99,胶合板胶接强度测定根据ＧＢ9846.12-88标准进行,中密度纤维板及胶合板甲醛释放量的测定依照ＧＢ/Ｔ17657-99-4.12标准进行。

2　结果与讨论

2.1　不同固化体系胶合板的胶接强度

    近年来,由于我国森林资源的结构性变化,胶合板行业的主要原料由天然大径材转向采用速生人工林木材(如杨木),因而也就产生了“两次涂胶,两次预压”的生产工艺。原料与生产工艺的变化,对胶合板用胶粘剂提出了新要求,胶粘剂必须具有良好的预压性能,较长的适用期,较快的固化速度,较低的甲醛含量。根据胶合板生产工艺特点,试验选用4种固化体系。不同固化体系3种ＵＦ胶胶合板胶接强度如表1所示。

 

　　由试验结果可以看出,胶合板胶接强度达到了ＧＢ9846.12-88国家标准Ⅱ类胶合板强度指标。由于不同固化体系下,ＵＦ胶粘剂固化程度不同,胶接强度也有所不同。氯化铵与盐酸组成的固化体系胶接强度最高。

2.2　不同固化体系胶合板的甲醛释放量

    胶合板甲醛释放量测定采用干燥器法。



    由表2中结果看出,胶合板甲醛释放量达到了ＪＡＳ标准Ｆｃ1级。但固化体系不同,产品甲醛释放量也有所差异。由于过硫酸铵可以氧化体系释放的甲醛,因此,氯化铵与过硫酸铵组成的固化体系甲醛释放量最低。

2.3　中密度纤维板的力学性能

    采用先干燥后施胶所压制的中密度纤维板的物理力学性能如表3所示。



　　采用先施胶后干燥所压制的中密度纤维板的物理力学性能如表4所示。施胶前将纤维含水率调整为30%,干燥温度为115℃,干燥时间3.0ｍｉｎ。



　　从表3、4中的结果可以看出,施胶方法不同,制品的物理力学性能有所不同。而且,不同固化体系,制品的强度也有所不同。两种工艺下,氯化铵、乌洛托品、三乙醇胺和磷酸组成的固化体系,制品的内结合强度最高。施胶方法不同,不同固化体系下,3种ＵＦ胶所体现的优势各有不同。先干燥后施胶所压制的中密度纤维板的物理力学性能高于先施胶后干燥所压制的中密度纤维板。由于先施胶后干燥时,实验室的干燥条件比较苛刻,干燥时间比实际生产中要长,纤维有一部分预固化,因此,强度受到一定影响。在实际生产过程中,应根据各自的生产工艺特点,针对不同的胶粘剂,采用不同固化体系,才能使制品达到最佳性能。

2.4　不同固化体系中密度纤维板的甲醛释放量

    中密度纤维板甲醛释放量测定采用穿孔萃取法。先干燥后施胶所压制的中密度纤维板的甲醛释放量如表5所示,先施胶后干燥所压制的中密度纤维板的甲醛释放量如表6所示。



 

　　施胶方法不同,中密度纤维板甲醛释放量差别较大。先干燥后施胶所压制的中密度纤维板的甲醛释放量只达到了ＧＢ18580-2001国家标准Ｅ2级;先施胶后干燥所压制的中密度纤维板的甲醛释放量除一组外,都达到或接近ＧＢ18580-2001国家标准Ｅ1级。

3　结论

    不同固化体系ＵＦ树脂胶粘剂产品的胶接性能和甲醛释放量有所不同。

3种低毒ＵＦ树脂胶粘剂胶合板胶接强度达到了ＧＢ9846.12-88Ⅱ类胶合板强度指标,甲醛释放量达到了ＪＡＳ标准Ｆｃ1级。氯化铵与盐酸组成的固化体系胶接强度最高,氯化铵与过硫酸铵组成的固化体系甲醛释放量最低。

    不同施胶方法,中密度纤维板甲醛释放量也有较大差别。先施胶后干燥所压制的中密度纤维板甲醛释放量低于先干燥后施胶中密度纤维板甲醛释放量。

    由于尿素与甲醛的反应过程极其复杂,本文只是从宏观上对低毒ＵＦ树脂固化特性对胶接性能及甲醛释放量的影响进行了探讨研究。关于ＵＦ树脂固化反应历程及其对胶接性能及甲醛释放量的影响,还需要从化学结构、固化机理等方面进行详细的研究,这必将对促进我国人造板工业健康快速发展具有重要的现实意义和实用价值。