摘要:本文用FTIR分析比較了　醛樹脂合成過程中主要基團含量的變化情況,探討了脲醛樹脂膠粘劑合成机理。分析研究表明:隨著縮聚反應的進行,醛基吸收峰呈明顯減弱;降低反應介質的pH后,羥基含量減少明顯,此階段是整個脲醛樹脂合成的關鍵階段;后續加入尿素調整F︰U,游离甲醛与尿素的反應比較緩慢,醛基吸收峰面積減少幅度不大;在接近脲醛樹脂縮合反應終點時有甲醚鍵副反應物產生。

關鍵詞:脲醛樹脂;膠粘劑;合成机理;FT-IR光譜

脲醛樹脂膠粘劑是木材工業中使用的主要膠种,占生產量的80%以上[1]。由于脲醛膠具有生產操作簡便,不污染木材,膠合性能适中,原料來源廣泛,生產成本低廉等优點,長期被木材加工業廣泛使用。用脲醛膠制成的產品如人造板、家具等在使用過程中會緩慢地釋放出游离甲醛。甲醛是一种有毒有害的气体,對眼、鼻、喉粘膜有強烈的刺激作用。在甲醛含量超標的環境中,人体大量吸收會導致中樞神經損傷[1]。所以甲醛又是人為制造出來的室內空气污染源。因此,減少或消除游离甲醛釋放量,提高人造板品質,對保障健康的生活環境具有十分重要的
現實意義。本研究旨在分析合成低摩爾比脲醛樹脂膠反應各階段產物的微觀結构,為設計更加合理的,低摩爾比合成反應工藝提供實驗理論依据。

紅外光譜是最早用來分析高分子結构的研究手段,也是目前檢測高分子化合物組成与結构的最成熟方法之一[1]。它是根据分子吸收紅外輻射后內部原子間的相對振動和轉動等信息來鑒別化合物和确定分子內部結构的分析方法。紅外光譜吸收帶的波長位置与吸收峰的強度和形狀,反映了分子結构上的特點,作為“分子指紋”鑒定化合物結构或确定化學基團。本實驗采用傅里葉變換紅外光譜

(FTIR,FourierTransformInfraredSpectroscopy)對設計的低摩爾比　醛樹脂各合成階段產物進行結构分析,試圖找出  醛樹脂合成反應各階
段工藝條件与產物的關系,研究合成反應各階段高分子化合物的生成情況。

1　實驗部分

1.1　主要原料

甲醛(工業品),氫氧化鈉(化學純),尿素(化學純),氯化銨(分析純),苯酚(分析純),聚乙烯醇(1799±50型)。

1.2 脲醛樹脂合成工藝

將配方中全部甲醛和少量PVA同時加入到三口燒瓶中,加熱升溫,在攪拌的情況下用氫氧化鈉溶液調節pH=8.0～8.5。當溫度升至70℃時,加入第1批尿素,繼續升溫,在85℃～90℃反應至一定粘度穩定后降溫至70℃,并用氯化銨溶液調pH至4.0～4.5,保溫半小時后調pH=6.0～6.5,維持溫度在70℃～85℃下加入第2批尿素,到達渾濁點后,用氫氧化鈉溶液調液膠至中性,加入第3批尿素,保溫反應約半小時后,降溫至40℃以下出料[4,5]。

1.3　尿素与甲醛預聚產物的FTIR分析

分別在　醛樹脂合成過程中的各階段(見表1)取樣,在50℃下真空干燥樣品至恒重。然后取少量干燥后的樣品,加3～4倍已干燥的溴化鉀研磨至混合均勻,取少量試樣制成薄片,用傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR-1730型)盡快測定,輸出紅外光譜圖。

2　結果与討論

按照預先設計好的合成工藝路線制備得到的　醛樹脂膠粘劑,經常規檢測主要性能如下:

2.1 脲醛樹脂結构形成過程的FTIR分析

按照1.2的合成工藝制備　醛樹脂,在合成過程中的不同階段進行取樣,取樣時段見表2。

依照1.3的方法對樣品進行處理、分析,輸出的IR圖譜見圖1～圖4。IR圖譜中主要的譜峰歸屬見2.2和2 3。

2.2　主要特征吸收峰歸屬

根据主要基團的紅外特征吸收峰圖[3,6,7]分析歸屬,在3345～3436cm-1附近的一個強而寬的吸收帶是羥基υO-H伸縮振動特征吸收峰,在1399～1386cm-1附近是羥基的變形振動吸收峰,強度中等;在1016～1023cm-1附近是羥基υC-O伸縮振動吸收峰。在1677～1645cm-1附近是甲醛的υC=O伸縮振動特征吸收峰,吸收帶強;在2970～2960cm附近是醛基υC-H的伸縮振動吸收峰,強度中偏弱;在1314cm-1和893cm-1附近的兩個吸收峰是醛基的變形振動峰。

在650～627cm-1附近是　胺υC=N的伸縮振動吸收峰,在1554～1548cm-1附近的吸收帶包含有NH彎曲振動和C-N的伸縮振動[6]。

2.3　討論

3　結語

通過對脲醛樹脂合成反應体系中不同反應階段樣品的FTIR譜分析,定性地研究了隨著合成反應的進行,不同基團含量的變化情況,結果表明降低反應介質的pH后,羥基含量減少明顯,此階段是整個脲醛樹脂合成的關鍵階段;后續加入尿素調整F:U,游离甲醛与尿素的反應比較緩慢,醛基吸收峰面積減少幅度不大;在接近　醛樹脂縮合反應終點時有甲醚鍵副反應物產生;控制脲醛樹脂膠粘劑中的羥甲基含量,有利于保証粘接性能和減少游离甲醛含量。

參考文獻:

[1]　李東光編.　醛樹脂膠粘劑[M].北京:化學工業出版社,2002.7:2～384.

[2]　EbdonJR,HeatonPE.CharacterizationofUrea-formaldehydea dductsandresinsbyC-13NMRspectroscopy,Polymer,1977,18:971～975.

[3]　武漢大學化學系編.儀器分析[M].北京:高等教育出社 ,2001,10:159.

[4]　顧麗莉,羅云,劉靜,宋紅.不脫水低毒　醛樹脂的研制[J].林產化學与工業,1998,18(4):13～17.

[5]　李蘭亭,張廣仁,烏竹香,施權錄編.膠粘劑与涂料[M].北京:中國林業出版社,1981.

[6]　荊煦瑛等編著.紅外光譜實用指南[M].天津:天津科學技術出版社,1992.37～36,74,120.

[7]　曾泳淮,林樹昌編.分析化學(儀器分析部分)第2版[M].北京:高等教育出版社,2004.125,139～140.

[8]　GB/T14074.1～14074.18-93,木材膠粘劑及其樹脂檢驗方法.