影响改性脲醛树脂性能的因素分析(一)

2007/8/10 15:04:24

前　言　　脲醛树脂粘合剂是开发应用较早的高分子胶粘剂之一,具有生产工艺简单,原料来源广、成本低、使用方便等优点,是竹、木加工,纸张粘接,钢化涂料等行业应用广泛的一种胶粘剂。随着木材工业的发展,脲醛胶的用量非常大,但是也存在游离甲醛含量高,脆性较大等缺点。近年来国内外通过对脲醛树脂粘合剂进行的大量改性工作较大地改善了脲醛胶性能。在此,我们选用了氧化淀粉进行了脲醛胶改性实验研究。由于对脲醛树脂改性实验的影响因素复杂,实验结果偶然性较大,获得的数据中会无意地引入一些不相关的变量,从而增加变量数。主因子分析方法可以对大量的实验数据进行分析和处理,对信息进行浓缩,将相关的变量进行合理的合并,以减少变量数、剔除不重要的因子,寻找出重要的信息和规律。采用主因子法分析某些因素对改性脲醛树脂特定性能的影响对于进一步的研究和在生产过程中改进工艺和配方,提高脲醛胶性能有着重要的指导意义。1　实验部分1.1　试剂与仪器 500ｍｌ磨口三颈瓶及其它玻璃仪器、水浴装置一套:25Ｗ搅拌器:ＢＰ-Ⅱ型500ｇ托盘天平;ＴＳ14-2型分析天平等。尿素,95%(泸天化);甲醛,36%(川维厂);化学纯六次甲基四胺((ＣＨ2)6Ｎ4);淀粉等。1.2　合成工艺1.2.1　普通脲醛树脂的制备将甲醛175ｍｌ,一定量六次甲基四胺加入三颈瓶中,开始水浴加热。待温度升至55℃时加入第一批尿素40ｇ(占尿素总量的40%)。当反应至一定ｐＨ值时,加入第二批尿素50ｇ(占尿素总量的50%),保持一定ｐＨ值(用酸或碱调节),待反应至所需要的粘度,调ｐＨ至6.7,加入剩余的10ｇ尿素,反应20ｍｉｎ后调ｐＨ值至8降温出料。1.2.2　氧化淀粉改性脲醛树脂的制备第二批尿素投入后马上投入氧化淀粉。本实验中,氧化淀粉投入量为尿素总量的30%(以淀粉干计量计算)。2　结果与讨论本工作针对实验数据量较大,影响因素较多的特点,采用主因子分析法剔除非相关变量,浓缩信息。实验数据处理根据实验数据与主因子分析目标设计矩阵,本工作中使用ＭＡＴＬＡＢ5.3编制程序将设计的初始矩阵标准化,求出标准矩阵的相关矩阵,得出特征向量和特征值,并将特征值按降序排列,当前ｎ个特征值的累计百分比大于95%,则省去后面的剩余特征值,得出初始因子载荷矩阵,然后对该矩阵进行方差极大正交旋转,即得出最终结果。2.1　影响游离甲醛含量的主要因素　　由表1可以看出,因子1是由淀粉种类独立地组成,因子2主要由淀粉与水的比例、氧化时间、氧化ｐＨ、淀粉与尿素的比例几个因素线性组成,因子3主要由水解时间、水解ｐＨ和氧化剂量线性组成,因子4、因子5均由脲醛比独立组成。游离甲醛含量在各个因子上都有非零载荷,故5个因子对游离甲醛含量都有影响,但因子1、3、4对游离甲醛含量影响较大,其中因子3的影响最大。即淀粉种类、水解时间、水解ｐＨ和氧化剂量以及脲醛比的影响很大,水解时间、水解ｐＨ和氧化剂量的影响最大。也就是说,脲醛比,这一影响普通脲醛树脂中游离甲醛含量的因素,同样对氧化淀粉改性的脲醛树脂中游离甲醛含量有着较大影响,但影响最大的则是淀粉被水解、氧化的程度。关于脲醛比的影响许多文献都有讨论,这里仅以氧化时间的影响为例,就淀粉被改性的程度进行探讨。　　图1表示出了在氧化剂一定量的情况下,氧化时间对游离甲醛含量的影响。从图上我们可以看出,随着氧化时间的延长,淀粉被氧化的程度加大,脲醛树脂中游离甲醛的含量也相应增加。淀粉被氧化时,其结构中部分葡萄糖单元中的Ｃ6上羟基转化为醛基,而醛基能与脲醛树脂中的羟基在固化剂和加热条件下形成半缩醛及缩醛。从而在固化时形成具有氧化淀粉链参与的交联体型结构,有效阻止了渗透作用的进行,改善了脲醛胶的性能。随着淀粉氧化程度增大,醛基进一步氧化成羧基,羧基与能够降低游离甲醛含量的氨基、亚氨基的反应性要高于甲醛,从而导致最终产物游离甲醛含量的增加

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