木质素磺酸钠在脲醛树脂中的应用研究【字数：10943】
采用碱-酸-碱工艺，合成了木质素磺酸钠改性脲醛树脂胶黏剂。研究了木质素磺酸钠加入时间、加入量，脲醛比和尿素加入批次及分批比例对脲醛树脂性能的影响。研究表明木质素磺酸钠在第一批尿素加入后加入、加入量为25%（占尿素总量），甲醛和尿素的摩尔比为1.081，尿素分四批加入且加入比例为60%15%15%10%，得到的脲醛树脂综合性能最佳，游离甲醛含量低，胶合强度高，制作的胶合板甲醛释放量符合国家标准E1级。
目录
1绪论 1
1.1脲醛树脂概况 1
1.1.1脲醛树脂现状 1
1.1.2脲醛树脂发展趋 1
1.2脲醛树脂反应机理 2
1.2.1脲醛树脂合成机理 2
1.2.2脲醛树脂固化机理 3
1.3脲醛树脂改性研究 3
1.3.1三聚氰胺改性脲醛树脂 3
1.3.2聚乙烯醇改性脲醛树脂 3
1.3.3木质素改性脲醛树脂 4
1.4木质素概况 4
1.5研究的内容及意义 5
1.5.1研究的内容 5
1.5.2研究的意义 5
2实验部分 6
2.1实验仪器 6
2.2实验药品 6
2.3实验过程 7
2.3.1木质素磺酸钠改性脲醛树脂的合成工艺 7
2.3.2木质素磺酸钠改性脲醛树脂的性能检测 7
3结果与讨论 12
3.1木质素磺酸钠加入时间对脲醛树脂性能的影响 12
3.2尿素加入批次及比例对脲醛树脂性能的影响 12
3.3甲醛尿素摩尔比对脲醛树脂性能的影响 13
3.4木质素磺酸钠加入量对脲醛树脂性能的影响 14
3.5木质素磺酸钠对胶合板甲醛释放量的影响 14
3.6木质素磺酸钠对脲醛树脂其他性能的影响 16
3.7脲醛树脂结构的测定与分析（红外光谱法） 16
4结论 18
参考文献 19
致谢 21
1绪论
1.1脲醛树脂概况
1.1.1脲醛树脂现状
脲醛 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
树脂由于其拥有合成成本价格低，原料来源丰富，生产操作简单，胶接性能较好等诸多特点，而这些综合优点是其他胶黏剂所无法比拟的，从而使脲醛树脂在人造板用胶黏剂中获得了无法取代的地位和作用[1]。
相关调查的资料显示，从2006年到2015年，我国人造板的用量仍在不断增加，从而使人造板用胶黏剂的消耗量也在不停地增加，目前人造板胶黏剂消耗量年均增长率为10.1%。目前市场上所用的木材工业胶黏剂，主要为脲醛树脂，在2010年，我国所使用的脲醛树脂胶约780.11万吨，占全部胶黏剂产量的90.9%[2]。
随着我国目前大力发展城镇化建设，每年都不断有新的农村人口进入到城镇中居住，而这些新来的农村人口增加了城镇住房的需求，而那些未进入到城镇的农村居民，也不断的扩大住房的建设。因此，每年都有大规模的房屋建造、室内装修、家具采购等消费要求。这些消费恰恰提高了木制品、人造板等材料的广泛应用，为木材用胶黏剂提供了广大的市场，从而间接促进了木材用胶黏剂的产量快速增长。同时，东南亚等地区市场的不断扩大，也在促进胶黏剂产业的高速发展[2]。
1.1.2脲醛树脂发展趋
随着脲醛树脂在人造板领域的广泛应用，人们发现，尽管脲醛树脂存在诸多优点，但仍然存在许多缺点。其中最主要的问题就是脲醛树脂胶制成的人造板在使用过程中会释放甲醛气体，这不仅会造成严重的环境污染，也会对人体健康造成严重损害[3]。甲醛由于具有较强的毒性、强挥发性、可以致癌，需要得到严格的控制。如何降低脲醛树脂甲醛释放量成为大家最关心的问题，多年以来，在研究人员的不断努力之下，通过对脲醛树脂进行大量的实验，得到了三个主要方法来降低甲醛释放量[48]：（1）通过降低反应条件中甲醛与尿素的摩尔比，反应体系中亚甲基醚的量减少了，亚甲基的含量提高了，减少未参与反应甲醛，从而降低甲醛释放量，是目前最有效的方法；（2）在甲醛与尿素的反应体系中，加入一定量的甲醛捕捉剂能减少体系中未反应的甲醛，也能起到降低脲醛树脂的甲醛释放量的作用；（3）加入一些能够与甲醛发生共聚反应的改性剂，如聚乙烯醇，三聚氰胺等药品，可以降低甲醛释放量，同时也能够提高脲醛树脂的其他力学性能。
人们对木质材料的使用从来都没有停止过，随着社会的发展不断进步，人造板的市场也在不断扩大，而脲醛树脂作为人造板工业用胶黏剂中的“主力军”，也拥有了大量市场。现在高甲醛释放量的对环境与人体造成严重危害的脲醛树脂将从市场上淘汰，取而代之的是低甲醛释放量、力学性能稳定，原料绿色环保能循环利用的脲醛树脂[8]。
1.2脲醛树脂反应机理
1.2.1脲醛树脂合成机理
脲醛树脂合成理论中，传统的合成反应主要分为两个阶段，加成阶段和缩聚阶段[9]。
加成阶段:在中性或弱碱性条件下，尿素和甲醛发生加成反应，产生羟甲基化。在这个阶段由于甲醛与尿素的摩尔比不同，得到的产物也会有所变化，能够生成一羟甲基脲、二羟甲基脲[10]，该加成反应如下：
/
这个阶段生成的二羟甲基脲是影响脲醛树脂胶黏剂胶合强度的重要因素，因此甲醛与尿素的摩尔比提高，能增加二羟甲基脲的含量，从而提高脲醛树脂的胶合强度[11]。当甲醛与尿素的摩尔比达到一定大时，该阶段可能会生成三羟甲基脲与四羟甲基脲，但四羟甲基脲还未被分离出来。由于羟甲基团的增加，使氨基残基氢原子的加成和缩合能力得到减弱，导致反应速率减缓。
缩聚阶段：在酸性条件下，加成阶段产生的羟甲基脲含有活泼的羟甲基（CH2OH）与甲醛、尿素发生缩聚反应。体系中一羟甲基脲与相邻分子上氨基的氢原子发生缩合反应，脱水生成亚甲基键[11]。该缩聚反应如下；
/
1.2.2脲醛树脂固化机理
（1）经典缩聚理论
从经典缩聚理论中我们可以了解到，脲醛树脂一般作为胶黏剂使用时，会先合成脲醛树脂前期树脂，在制作胶合制品是再通过缩聚交联成体型结构[12]。脲醛树脂的前期树脂的合成需要两个阶段，第一阶段为羟甲基阶段，甲醛和尿素在弱碱性条件下发生加成反应，根据甲醛和尿素的摩尔比不同，可以得到不同的产物，有一羟甲基脲、二羟甲基脲、三羟甲基脲。第二阶段为缩聚阶段，在酸性条件下羟甲基脲缩合生成亚甲基键或醚键的低聚物。在树脂pH值在3.04.0时会固化变成白色固体。
目录
1绪论 1
1.1脲醛树脂概况 1
1.1.1脲醛树脂现状 1
1.1.2脲醛树脂发展趋 1
1.2脲醛树脂反应机理 2
1.2.1脲醛树脂合成机理 2
1.2.2脲醛树脂固化机理 3
1.3脲醛树脂改性研究 3
1.3.1三聚氰胺改性脲醛树脂 3
1.3.2聚乙烯醇改性脲醛树脂 3
1.3.3木质素改性脲醛树脂 4
1.4木质素概况 4
1.5研究的内容及意义 5
1.5.1研究的内容 5
1.5.2研究的意义 5
2实验部分 6
2.1实验仪器 6
2.2实验药品 6
2.3实验过程 7
2.3.1木质素磺酸钠改性脲醛树脂的合成工艺 7
2.3.2木质素磺酸钠改性脲醛树脂的性能检测 7
3结果与讨论 12
3.1木质素磺酸钠加入时间对脲醛树脂性能的影响 12
3.2尿素加入批次及比例对脲醛树脂性能的影响 12
3.3甲醛尿素摩尔比对脲醛树脂性能的影响 13
3.4木质素磺酸钠加入量对脲醛树脂性能的影响 14
3.5木质素磺酸钠对胶合板甲醛释放量的影响 14
3.6木质素磺酸钠对脲醛树脂其他性能的影响 16
3.7脲醛树脂结构的测定与分析（红外光谱法） 16
4结论 18
参考文献 19
致谢 21
1绪论
1.1脲醛树脂概况
1.1.1脲醛树脂现状
脲醛 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
树脂由于其拥有合成成本价格低，原料来源丰富，生产操作简单，胶接性能较好等诸多特点，而这些综合优点是其他胶黏剂所无法比拟的，从而使脲醛树脂在人造板用胶黏剂中获得了无法取代的地位和作用[1]。
相关调查的资料显示，从2006年到2015年，我国人造板的用量仍在不断增加，从而使人造板用胶黏剂的消耗量也在不停地增加，目前人造板胶黏剂消耗量年均增长率为10.1%。目前市场上所用的木材工业胶黏剂，主要为脲醛树脂，在2010年，我国所使用的脲醛树脂胶约780.11万吨，占全部胶黏剂产量的90.9%[2]。
随着我国目前大力发展城镇化建设，每年都不断有新的农村人口进入到城镇中居住，而这些新来的农村人口增加了城镇住房的需求，而那些未进入到城镇的农村居民，也不断的扩大住房的建设。因此，每年都有大规模的房屋建造、室内装修、家具采购等消费要求。这些消费恰恰提高了木制品、人造板等材料的广泛应用，为木材用胶黏剂提供了广大的市场，从而间接促进了木材用胶黏剂的产量快速增长。同时，东南亚等地区市场的不断扩大，也在促进胶黏剂产业的高速发展[2]。
1.1.2脲醛树脂发展趋
随着脲醛树脂在人造板领域的广泛应用，人们发现，尽管脲醛树脂存在诸多优点，但仍然存在许多缺点。其中最主要的问题就是脲醛树脂胶制成的人造板在使用过程中会释放甲醛气体，这不仅会造成严重的环境污染，也会对人体健康造成严重损害[3]。甲醛由于具有较强的毒性、强挥发性、可以致癌，需要得到严格的控制。如何降低脲醛树脂甲醛释放量成为大家最关心的问题，多年以来，在研究人员的不断努力之下，通过对脲醛树脂进行大量的实验，得到了三个主要方法来降低甲醛释放量[48]：（1）通过降低反应条件中甲醛与尿素的摩尔比，反应体系中亚甲基醚的量减少了，亚甲基的含量提高了，减少未参与反应甲醛，从而降低甲醛释放量，是目前最有效的方法；（2）在甲醛与尿素的反应体系中，加入一定量的甲醛捕捉剂能减少体系中未反应的甲醛，也能起到降低脲醛树脂的甲醛释放量的作用；（3）加入一些能够与甲醛发生共聚反应的改性剂，如聚乙烯醇，三聚氰胺等药品，可以降低甲醛释放量，同时也能够提高脲醛树脂的其他力学性能。
人们对木质材料的使用从来都没有停止过，随着社会的发展不断进步，人造板的市场也在不断扩大，而脲醛树脂作为人造板工业用胶黏剂中的“主力军”，也拥有了大量市场。现在高甲醛释放量的对环境与人体造成严重危害的脲醛树脂将从市场上淘汰，取而代之的是低甲醛释放量、力学性能稳定，原料绿色环保能循环利用的脲醛树脂[8]。
1.2脲醛树脂反应机理
1.2.1脲醛树脂合成机理
脲醛树脂合成理论中，传统的合成反应主要分为两个阶段，加成阶段和缩聚阶段[9]。
加成阶段:在中性或弱碱性条件下，尿素和甲醛发生加成反应，产生羟甲基化。在这个阶段由于甲醛与尿素的摩尔比不同，得到的产物也会有所变化，能够生成一羟甲基脲、二羟甲基脲[10]，该加成反应如下：
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这个阶段生成的二羟甲基脲是影响脲醛树脂胶黏剂胶合强度的重要因素，因此甲醛与尿素的摩尔比提高，能增加二羟甲基脲的含量，从而提高脲醛树脂的胶合强度[11]。当甲醛与尿素的摩尔比达到一定大时，该阶段可能会生成三羟甲基脲与四羟甲基脲，但四羟甲基脲还未被分离出来。由于羟甲基团的增加，使氨基残基氢原子的加成和缩合能力得到减弱，导致反应速率减缓。
缩聚阶段：在酸性条件下，加成阶段产生的羟甲基脲含有活泼的羟甲基（CH2OH）与甲醛、尿素发生缩聚反应。体系中一羟甲基脲与相邻分子上氨基的氢原子发生缩合反应，脱水生成亚甲基键[11]。该缩聚反应如下；
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1.2.2脲醛树脂固化机理
（1）经典缩聚理论
从经典缩聚理论中我们可以了解到，脲醛树脂一般作为胶黏剂使用时，会先合成脲醛树脂前期树脂，在制作胶合制品是再通过缩聚交联成体型结构[12]。脲醛树脂的前期树脂的合成需要两个阶段，第一阶段为羟甲基阶段，甲醛和尿素在弱碱性条件下发生加成反应，根据甲醛和尿素的摩尔比不同，可以得到不同的产物，有一羟甲基脲、二羟甲基脲、三羟甲基脲。第二阶段为缩聚阶段，在酸性条件下羟甲基脲缩合生成亚甲基键或醚键的低聚物。在树脂pH值在3.04.0时会固化变成白色固体。
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