苯酚-尿素-甲醛共縮聚樹脂加速固化的研究

王洪艷，李 琴，張 建，袁少飛，杜官本

（1.浙江省林業科學研究院，浙江省竹類重點實驗室，浙江 杭州 310023；2.西南林業大學，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.浙江省林業科學研究院，浙江省竹類重點實驗室，浙江 杭州 310023；2.西南林業大學，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，固化時間縮短；碳酸丙烯酯的加入對PUF的固化和刨花板的生產效率有提高和促進作用。

PUF樹脂；碳酸丙烯酯；固化劑；固化時間

酚醛樹脂（PF）因其優異的耐水性能、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，PF膠粘劑是刨花板生產中主要采用的膠粘劑[4～6]。由于PF膠存在固化溫度較高、固化時間較長、生產成本較高和顏色較深等缺點，為了改善這些性能，國內外研究學者通過改進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]，但有關固化劑對促進PUF固化作用的研究報道幾乎沒有，本研究以碳酸丙烯酯作為固化劑，研究了其對PUF樹脂固化性能的影響。

1 實驗部分

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公司。

1.2 主要儀器

BY30型萬能試驗壓機，蘇州新協力集團公司；萬能力學試驗機，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型旋轉黏度計，上海昌吉地質儀器有限公司。

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 ℃，用旋轉黏度計測黏度；黏度控制在500～600 mPa·s時出料。

1.4 性能測試

1.4.1 PUF性能測試

（1）黏度及固含量：按照GB/T 14074-2006標準進行測定。

（2）固化時間：按照GB/T 14074-2006標準進行測定（固化劑的添加量分別為PUF的1%、3%、5%、7%和9%。測試時采用油浴進行加熱，油溫設定為180 ℃）。

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

1.4.2 刨花板性能測試

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 ℃和熱壓時間分別為400 s、300 s、200 s。

2）靜曲強度：按照GB/T 17657-1999標準進行測定。

3）內結合強度：按照GB/T 17657-1999標準進行測定。

2 結果與討論

2.1 碳酸丙烯酯加入量對PUF固化時間的影響

表1為碳酸丙烯酯加入量對PUF固化時間的影響。

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

表1 碳酸丙烯酯加入量對PUF固化時間的影響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個樣品進行DSC測試，結果如圖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膠整個固化峰比較寬，固化時間相對較長，固化峰頂溫度為123.4 ℃，固化到達峰頂時所需的熱量為60 mW；加入5%碳酸丙烯酯后，PUF的固化曲線呈現2個峰頂且峰寬度較窄，固化起始溫度相對降低，當固化溫度在107.7 ℃時，PUF膠已經發生部分固化，且整個固化所需熱量不足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，固化時間縮短，因此固化劑的加入對PUF的固化有促進作用。

2.3 刨花板的力學性能分析

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，熱壓時間分別為400 s、300 s和200 s，測試板材的靜曲強度和內結合強度，結果如表2所示。

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

由表2可知：在熱壓時間相同時，加入固化劑（5%碳酸丙烯酯）后，板材的力學性能得到明顯提高；其中當熱壓時間為300 s時，靜曲強度由6.21 MPa提高到7.53 MPa，提高了21.2%；內結合強度由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性能。同時固化劑的加入還可以明顯縮短刨花板的熱壓時間，當熱壓時間為200 s時，不加入固化劑，板材不能成型，而加入固化劑后板材可成型，且具有一定強度。

刨花板的力學性能與熱壓三要素（溫度、壓力和時間）緊密相關，力學性能優良的刨花材離不開優異的熱壓工藝。本試驗中，刨花板的力學試驗數據結果普遍偏低，并沒有達到國標要求，這與本試驗設計有關，本試驗只是初步探討了固化劑加入前后刨花板力學性能的變化，而就本研究結果看，固化劑的加入對縮短熱壓時間，提高刨花板的物理力學性能還是有促進作用的。

3 結論

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，縮短固化時間，對PUF樹脂的固化和刨花板生產效率的提高有促進作用。碳酸丙烯酯的合適加入量為膠液的5%。另外，本研究并未對碳酸丙烯酯加速PUF固化的機理進行研究，后續還有待加強這方面的研究。

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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。

浙江省林業工程重中之重一級學科開放基金（2014lygcy026）資助，浙江省公益技術農業項目（2015C32087）資助。