人工合成尿醛樹脂制作生物教學標本技術探索

摘 要：本文采用化學合成方法，探索尿醛樹脂制作生物教學標本的技術。試驗篩選出尿醛樹脂合成適宜的原料配方。利用合成尿醛樹脂制作了融教學、觀賞和一定商品價值、可長期保存的生物教學動物和植物標本。

關鍵詞：尿醛樹脂； 合成； 生物教學標本制作

中圖分類號：Q-34 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2015）01-146-002

在普通中學生物教學中，常常需要教學標本輔助教學。長期以來，人們都在探索效果好、成本低、保存時間長的生物標本制作方法。常用的生物標本制作方法有：干制標本、液浸標本、有機玻璃包埋標本等。干制標本具有制作簡單，但使用和保存過程中易損壞、易霉爛、易蟲蛀等特點；有機玻璃包埋法克服了干制標本在保存中易損壞、易霉爛、易蟲蛀、使用不方便的缺點，但工藝復雜、成本高、不易推廣。尿醛樹脂包埋制作標本，既克服了上述方法在保存中易損壞、易霉爛、易蟲蛀、使用不便的缺點，又具有節(jié)約成本等優(yōu)點。因而，許多學者開展了脲醛樹脂包埋生物標本技術的研究。如楊永紅概括了尿醛樹脂包埋昆蟲標本的3點關鍵技術[1]；袁波、莫怡琴提出植物病蟲標本保存的新方法研究[2]等。尿醛樹脂（urea-formaldehyde resins）又稱尿素甲醛樹脂，簡稱UF，平均分子量約10000。尿素與甲醛在弱堿性溶液中，生成一羥甲基尿和二羥甲基尿。一羥甲基尿和二羥甲基尿在酸溶液中加熱時，去水生成一亞甲基尿和二亞甲基尿（生單體）。形成的不飽和化合物很容易聚合，生成無色透明的高分子化合物，即尿醛樹脂，這聚合反應在弱酸條件可加速反應進程。

采用化學合成方法探索尿醛樹脂包埋制作生物教學標本，為開展生物標本制作教學提供理論依據和實驗參考具有積極意義。

1.器材

1.1器具

5mL量筒、500mL燒杯、玻璃棒、500mL量筒、移液管、電子天平、溫度計、三角瓶、光波爐、模具等。

1.2藥品

46%尿素（貴州赤天化集團有限責任公司生產）、37%～40%甲醛（重慶江川化工有限公司）、冰醋酸（西隴化工股份有限公司）、25%NaOH溶液。

2.方法

2.1包埋標本的制作

2.1.1植物標本的采集與制作。按植物蠟葉標本的采集和制作方法[3]制作植物蠟葉標本，待其完全干燥（可自然風干，也可烘干或烤干以并節(jié)約時間）待用。

2.1.2動物標本的采集與制作。按昆蟲標本的采集和制作方法[4]，采集體型較小的鱗翅目、直翅目、鞘翅目、脈翅目、半翅目、膜翅等昆蟲，放入毒瓶毒死亡后將其進行展翅、整姿，干燥后待用。

2.2尿醛樹脂生單體合成試驗

2.2.2生單體試驗工藝及方法

工藝流程：

以下試驗按如下方法進行。用燒杯作反應容器，量取甲醛于燒杯中，加入尿素攪拌溶解。將尿素甲醛溶液用光波爐緩慢加熱，并不斷攪拌，當溫度達到30℃時，加入25%氫氧化鈉溶液。繼續(xù)加熱不斷攪拌，當溫度上升到90℃時?；穑尤氡宜幔缓蠹赐；鸩粩鄶嚢瑁ㄟ@時反應強烈，溫度可達到100℃）。當反應緩慢后，繼續(xù)文火加熱，并攪拌5分鐘左右。這時可用玻璃棒蘸取溶液滴入常溫水中，如出現云霧狀時，第二次加入25%氫氧化鈉溶液，?；饠嚢鑾追昼?，即為尿醛樹脂生單體（生單體配制完成存放在密閉的容器內待用，生單體一般可存放半個月）。

（1）生單體主要原料配比試驗。試驗設100mL 37～40%甲醛中分別加尿素28g、30g、32g、34g、36g、38g等6個處理，每處理重復3次。

（2）生單體第一次加堿量試驗。試驗以100mL37～40%甲醛中加尿素34g作為基本配方，設氫氧化鈉用量為：0.05mL、0.10mL、0.15mL、0.20mL、0.25mL、0.30mL等6個處理，每處理重復3次。

（3）生單體加酸量試驗。試驗以100mL37～40%甲醛中加尿素34g作為基本配方，設乙酸用量為：0.8mL、1.2mL、1.6mL、2.0mL、2.4mL、2.8mL等6個處理，每處理重復3次。

（4）尿醛樹脂生單體第二次加堿量試驗。試驗以100mL37～40%甲醛中加尿素34g作為基本配方，設25%氫氧化鈉用量為：0.8mL、1.2mL、1.6mL、2.0mL、2.4mL、2.8mL等6個處理，每處理重復3次。

上述試驗以透明度，凝固性，氣泡有無和多少、反應溫度等為評價指標，篩選生單體適宜的原料配比。

2.3尿醛樹脂熟單體配制

將生單體再次加入冰乙酸攪拌即成熟單體。加入冰乙酸量隨氣溫而異，一般為生單體量的3.3～4.0%，在此范圍內氣溫越高，加入冰乙酸的量越少。

2.4標本包埋

2.4.1工藝流程

選擇模具→熟單體澆底板→半固化→放置標本→標本固定和熟單體固化→澆熟單體包埋→固化（根據固化情況第3次加熟單體和第4次加熟單體）固化→成品→裝盒保藏。

3.結果與分析

3.1尿醛樹脂生單體合成試驗結果

由表1可見，尿素處理為34g時，其透明度、凝固性、氣泡有無和多少、反應溫度等均是最好的。少于34g時其反應溫度未達到100℃，存在氣泡；而多于34g時，其透明度越來越差，且溫度未達到100℃，凝固性不好，氣泡較多。

表1尿醛樹脂生單體合成主要原料配比試驗結果及品質評價

第一次加氫氧化鈉處理為0.05mL、0.15mL時，透明度、凝固性、氣泡有無和多少、反應溫度等均是最好的，但0.15mL時不穩(wěn)定，易受環(huán)境溫度的影響；其他處理其透明度、凝固性不好且反應溫度不夠。

加乙酸處理為0.8mL時，透明度、凝固性、氣泡有無和多少、反應溫度等均是最好的，其他處理透明度和0.8mL時差不多，但凝固性不好、溫度甚至高出100℃。

第二次加氫氧化鈉為0.8mL時，透明度、凝固性、氣泡有無和多少、反應溫度等均是最好的，其他處理透明度、凝固性和0.8mL時差不多，但少了氣泡且溫度未達到100℃。

所有處理初始pH都為5.5，生單體pH第二次加氫氧化鈉處理變化較大且偏堿，其他基本在5.0～7.0之間，而所有處理熟單體pH均在5.0～6.0之間（由于試驗條件有限，所有pH值均為pH試紙測得，有可能存在一定誤差，不完全精確）。

通過對每次試驗的現象，數據，結果和每個梯度的透明度、凝固性、氣泡有無或多少、第一次加冰乙酸后反應所達到的溫度等等的記錄并分析，最后選擇實驗中最好的梯度即甲醛：尿素：氫氧化鈉：冰乙酸：氫氧化鈉為：100mL：34g：0.05mL：0.8mL：0.8mL。

3.2尿醛樹脂包埋生物標本試驗結果

3.2.1尿醛樹脂包埋植物標本試驗結果。通過包埋得到的尿醛樹脂植物標本無開裂、透明度非常好、標本包埋舒展，但是標本的保色不好，植物的原色基本都褪綠，影響標本特征的觀察，其觀賞性較差，這是需要進一步研究解決的課題。但在教學中的使用攜帶非常方便、易于保存、不易損壞、不易霉爛、不會被蟲蛀。

3.2.2尿醛樹脂包埋動物標本試驗結果。尿醛樹脂包埋動物標本試驗表明其制作的標本效果很好，如：標本既無開裂、透明度非常好，又不影響標本特征的觀察，而且其具有觀賞性、在教學中的使用攜帶都非常方便、易于保存、不易損壞、不易霉爛、不易蟲蛀，用尿醛樹脂制作昆蟲標本，是一項很有前途的昆蟲標本制作方法。

4.小結與討論

該試驗篩選出了合成尿醛樹脂最佳配方為：甲醛∶尿素∶氫氧化鈉∶冰乙酸∶氫氧化鈉為100mL∶34g∶0.05mL∶0.8mL∶0.8mL。使用該尿醛樹脂合成配方可制作融教學、觀賞、具有一定商品價值，可長期保存的生物教學動物和植物標本。特別是小型生物教學動物和植物標本的制作有重要的意義。該試驗制作的標本既克服了常規(guī)方法在保存中易損壞、易霉爛、易蟲蛀、不易攜帶且保存時間不長的缺點，又可達到經濟、安全、長期保存的目的。為使制作出的標本大小適中且美觀，需要選擇合適的模具。包埋標本時先在模具中倒入一定量的熟單體，倒入量約為模具容積的1/4，平置于防塵通風處。當熟單體凝固不能在模中流動時，將需要包埋的標本小心放在模具中合適位置，并在標本上首先抹上少量熟單體，以便粘在原來的單體上，同時將標本的名稱和制作時間用碳素墨汁寫在玻璃紙上，再滿一滴熟單體粘放在模具內。注意及時整理，植物標本包埋前還要進行保色處理，干燥。放置1天左右，等標本和標簽都已粘定在模具上時，再倒入熟單體，達到模具容積的1/2，等凝固后，再倒入熟單體（在標本包埋過程中要注意排除氣泡，如果產生氣泡，可用針插入氣泡內排氣），直到完全淹沒標本為止。一般倒3～4次便可包埋完畢。讓其逐漸硬化，這時可將包埋好標本的模具置于室內防塵通風外，待單體完全硬化后即可脫模使用。一般夏季7天，冬季30天即可脫膜使用。如用烘箱干燥，4～7天即可脫模。最后將制作好的標本進行整理裝盒保存。

在制備生單體時，要注意藥品加入的先后順序，否則嚴重影響實驗結果；制備生單體過程中，還要注意兩個溫度（30℃、90℃），必須精確無誤的在達到這兩個溫度時加入藥品，否則單體不夠透明、凝固性不好等等；生單體制作好后，必須密封保存，否則空氣中水分進入后，變得不透明，不能使用；熟單體最后現配現用；在整個實驗過程中要注意盡量不產生氣泡；標本必須干才能進行包埋，否則會霧朦朦的不夠透明；包埋標本時，標本不能漂浮在表面，必須被蓋住；全部完工后，要注意保存中盡量避免灰塵使其變得不透明等等。用尿醛樹脂包埋植物標本，由于還不能很好的保存植物原有的色彩，需要進一步探索。

基金項目：貴州省高等學校省級專業(yè)綜合改革試點項目：黔教高發(fā)[2012]426號；黔南民族師范學院微生物學重點學科建設項目：院政發(fā)[2011]04號；黔南民族師范學院優(yōu)秀教學團隊建設項目，院教發(fā){2011}5號

參考文獻：

[1]楊永紅.尿醛樹脂包埋昆蟲標本的3點關鍵技術[J]林業(yè)實用技術，2010（3）：，35～36

[2]袁波，莫怡琴.植物病蟲標本保存的新方法研究[J]安徽農業(yè)科學，2007，35（6）：1717，1884

[3]王林瑤，張廣厚.昆蟲標本技術[M]北京：科學出版社，1983

[4]肖方.野生動植物標本制作[M]北京：科學出版社，1999