王洪艷，李 琴，張 建，袁少飛，杜官本

（1.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江省竹類重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310023；2.西南林業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650224）

苯酚-尿素-甲醛共縮聚樹脂加速固化的研究

王洪艷1，李 琴1，張 建1，袁少飛1，杜官本2

（1.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江省竹類重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310023；2.西南林業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650224）

選用碳酸丙烯酯作為固化劑，研究了碳酸丙烯酯加入量對(duì)苯酚-尿素-甲醛共縮聚樹脂（PUF）固化性能的影響，考查了PUF樹脂作為膠粘劑基料用于刨花板的制作情況。結(jié)果表明，加入一定量的碳酸丙烯酯后，PUF樹脂的固化溫度降低，固化時(shí)間縮短；碳酸丙烯酯的加入對(duì)PUF的固化和刨花板的生產(chǎn)效率有提高和促進(jìn)作用。

PUF樹脂；碳酸丙烯酯；固化劑；固化時(shí)間

酚醛樹脂（PF）因其優(yōu)異的耐水性能、良好的耐磨和耐候性能[1～3]常被用作戶外用人造板的生產(chǎn)，PF膠粘劑是刨花板生產(chǎn)中主要采用的膠粘劑[4～6]。由于PF膠存在固化溫度較高、固化時(shí)間較長、生產(chǎn)成本較高和顏色較深等缺點(diǎn)，為了改善這些性能，國內(nèi)外研究學(xué)者通過改進(jìn)PF的配方及合成工藝研制出了苯酚-尿素-甲醛共縮聚樹脂（PUF）[7～9]，但有關(guān)固化劑對(duì)促進(jìn)PUF固化作用的研究報(bào)道幾乎沒有，本研究以碳酸丙烯酯作為固化劑，研究了其對(duì)PUF樹脂固化性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要材料

苯酚、尿素、甲醛、氫氧化鈉、碳酸丙烯酯，分析純，成都市科龍化工試劑廠；刨花（含水率為4%），浙江麗人人造板集團(tuán)公司。

1.2 主要儀器

BY30型萬能試驗(yàn)壓機(jī)，蘇州新協(xié)力集團(tuán)公司；萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，日本島津公司；STA490PC型同步熱分析儀，德國耐馳儀器制造有限公司；NDJ-1B型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司。

1.3 PUF樹脂的制備

（1）控制PUF樹脂中n（苯酚）：n（氫氧化鈉）：n（尿素）：n（甲醛）=1：0.375：0.24：2.1。其中氫氧化鈉采用30%溶液，甲醛分2次加入，第1次加入量為總量的70%、第2次加入總量的30%。

（2）將苯酚在60 ℃的水中溶化；開動(dòng)攪拌器，依次向三口瓶中加入苯酚、氫氧化鈉溶液、第1批甲醛溶液和尿素，升溫至90℃，保溫30 min；加入第2批甲醛，90 ℃保溫；10 min后取樣，冷卻至20 ℃，用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)黏度；黏度控制在500～600 mPa·s時(shí)出料。

1.4 性能測(cè)試

1.4.1 PUF性能測(cè)試

（1）黏度及固含量：按照GB/T 14074-2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

（2）固化時(shí)間：按照GB/T 14074-2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定（固化劑的添加量分別為PUF的1%、3%、5%、7%和9%。測(cè)試時(shí)采用油浴進(jìn)行加熱，油溫設(shè)定為180 ℃）。

（3）熱性能：采用同步熱分析儀對(duì)加入固化劑前后的PUF進(jìn)行差示掃描量熱（DSC）測(cè)試（以N2作保護(hù)氣，溫度為20～260℃，升溫速率為10 K/min）。

1.4.2 刨花板性能測(cè)試

1）刨花板制作：控制刨花板厚度為18 mm、密度為0.67 g/cm3、單位壓力為2 MPa、熱壓溫度為200 ℃和熱壓時(shí)間分別為400 s、300 s、200 s。

2）靜曲強(qiáng)度：按照GB/T 17657-1999標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

3）內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度：按照GB/T 17657-1999標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 碳酸丙烯酯加入量對(duì)PUF固化時(shí)間的影響

表1為碳酸丙烯酯加入量對(duì)PUF固化時(shí)間的影響。

由表1可知：加入碳酸丙烯酯后，PUF的固化時(shí)間明顯縮短，當(dāng)碳酸丙烯酯添加量超過5%以后，時(shí)間縮短并不明顯，基本在180～190 s。

表1 碳酸丙烯酯加入量對(duì)PUF固化時(shí)間的影響Tab.1 Effect of propylene carbonate amount on curing time of PUF resin curing time

2.2 DSC分析

選擇PUF和加入5%碳酸丙烯酯的PUF這2個(gè)樣品進(jìn)行DSC測(cè)試，結(jié)果如圖1所示。

圖1 未加固化劑及加入5%碳酸丙烯酯的PUF之DSC測(cè)試Fig.1 DSC results of PUF resins before and after adding 5% propylene carbonate

由圖1可知：未加固化劑的PUF膠整個(gè)固化峰比較寬，固化時(shí)間相對(duì)較長，固化峰頂溫度為123.4 ℃，固化到達(dá)峰頂時(shí)所需的熱量為60 mW；加入5%碳酸丙烯酯后，PUF的固化曲線呈現(xiàn)2個(gè)峰頂且峰寬度較窄，固化起始溫度相對(duì)降低，當(dāng)固化溫度在107.7 ℃時(shí)，PUF膠已經(jīng)發(fā)生部分固化，且整個(gè)固化所需熱量不足50 mW，低于未加固化劑的PUF。從中可以看到加入固化劑后，PUF固化溫度有所降低，固化所需熱量減少，固化時(shí)間縮短，因此固化劑的加入對(duì)PUF的固化有促進(jìn)作用。

2.3 刨花板的力學(xué)性能分析

選用未加固化劑的PUF和加入5%碳酸丙烯酯的PUF作為膠粘劑，熱壓時(shí)間分別為400 s、300 s和200 s，測(cè)試板材的靜曲強(qiáng)度和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度，結(jié)果如表2所示。

表2 碳酸丙烯酯的加入對(duì)板材成型及力學(xué)性能的影響Tab.2 Effects of adding propylene carbonate on molding and mechanical properties of particle board

由表2可知：在熱壓時(shí)間相同時(shí)，加入固化劑（5%碳酸丙烯酯）后，板材的力學(xué)性能得到明顯提高；其中當(dāng)熱壓時(shí)間為300 s時(shí)，靜曲強(qiáng)度由6.21 MPa提高到7.53 MPa，提高了21.2%；內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度由0.2 MPa提高到0.45 MPa，提高了125%，說明固化劑的加入可以明顯提高板材的力學(xué)性能。同時(shí)固化劑的加入還可以明顯縮短刨花板的熱壓時(shí)間，當(dāng)熱壓時(shí)間為200 s時(shí)，不加入固化劑，板材不能成型，而加入固化劑后板材可成型，且具有一定強(qiáng)度。

刨花板的力學(xué)性能與熱壓三要素（溫度、壓力和時(shí)間）緊密相關(guān)，力學(xué)性能優(yōu)良的刨花材離不開優(yōu)異的熱壓工藝。本試驗(yàn)中，刨花板的力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果普遍偏低，并沒有達(dá)到國標(biāo)要求，這與本試驗(yàn)設(shè)計(jì)有關(guān)，本試驗(yàn)只是初步探討了固化劑加入前后刨花板力學(xué)性能的變化，而就本研究結(jié)果看，固化劑的加入對(duì)縮短熱壓時(shí)間，提高刨花板的物理力學(xué)性能還是有促進(jìn)作用的。

3 結(jié)論

綜合以上研究，固化劑碳酸丙烯酯的加入，可以降低PUF固化溫度，縮短固化時(shí)間，對(duì)PUF樹脂的固化和刨花板生產(chǎn)效率的提高有促進(jìn)作用。碳酸丙烯酯的合適加入量為膠液的5%。另外，本研究并未對(duì)碳酸丙烯酯加速PUF固化的機(jī)理進(jìn)行研究，后續(xù)還有待加強(qiáng)這方面的研究。

[1]余先純,孫德林,李湘蘇.木材膠黏劑與膠合技術(shù)[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2011.

[2]顧繼友.膠粘劑與涂料[M].北京:中國林業(yè)出版社,1999.

[3]黃世強(qiáng),孫爭光,吳軍,等.膠粘劑及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

[4]王月祥,趙貴哲,劉亞青.脲醛樹脂膠粘劑改性研究進(jìn)展[J].中國膠粘劑,2008,17(9):44-47.

[5]黃紓潔,鐘錦標(biāo),呂建,等.改性低毒脲醛樹脂的研究進(jìn)展[J].塑料工業(yè),2006,34(B05):78-80.

[6]王飚,滕楨,李照遠(yuǎn).改性脲醛樹脂膠的研制及其應(yīng)用[J].林產(chǎn)工業(yè),2011,38(2):31-35.

[7]杜官本,李君,楊忠.苯酚-尿素-甲醛共縮聚樹脂研制合成與分析[J].林業(yè)科學(xué),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,李鵬,陸仁書,等.尿素改性酚醛樹脂膠粘劑的研究[J].林產(chǎn)工業(yè),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

王洪艷（1984-），女，博士，助理研究員，主要從事人造板及膠粘劑的研究。E-mail：15990054143@163.com。

浙江省林業(yè)工程重中之重一級(jí)學(xué)科開放基金（2014lygcy026）資助，浙江省公益技術(shù)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目（2015C32087）資助。