隨著我國人造板工業(yè)的迅速發(fā)展,脲醛樹脂使用量日益增大。一般生產(chǎn)能力較大的人造板廠均配套有制膠車間利用尿素、甲醛生產(chǎn)脲醛樹脂膠。脲醛樹脂因其原料豐富、價(jià)格低廉,使用工藝簡(jiǎn)單,有良好的膠合性能,在人造板企業(yè)及木材加工行業(yè)廣泛應(yīng)用。目前其使用量占人造板用膠量的90%以上。
脲醛樹脂是將尿素和甲醛水溶液這兩種組分,在弱堿性至中性介質(zhì)中反應(yīng)。經(jīng)加成反應(yīng),主要生成一羥甲基脲和二羥甲基脲。將羥甲基化合物調(diào)至酸性,繼續(xù)反應(yīng)生成縮聚產(chǎn)物。達(dá)到工藝要求的縮聚度后,進(jìn)行中和并冷卻,終止反應(yīng)。在生產(chǎn)中由于工藝控制不妥,或設(shè)備、電器出現(xiàn)故障以及原料質(zhì)量差等原因,會(huì)出現(xiàn)凝膠或假膠的現(xiàn)象(假粘度),常因處理不當(dāng)造成生產(chǎn)事故,給企業(yè)帶來嚴(yán)重?fù)p失。本文結(jié)合有關(guān)資料及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),就凝膠產(chǎn)生原因,凝膠或假凝膠處理方法給予闡述。
1 凝膠的成因
造成凝膠或假凝膠的原因有多方面,一般認(rèn)為與終點(diǎn)控制有直接關(guān)系。反應(yīng)終點(diǎn)多用粘度來測(cè)定,反應(yīng)過程中的溫度,ｐＨ值,原料質(zhì)量等對(duì)粘度產(chǎn)生影響,特別是酸性階段二次加尿素時(shí)縮聚反應(yīng)控制不當(dāng)導(dǎo)致粘度突然增加,出現(xiàn)不能流動(dòng)并且有彈性的凝膠。另外,有些工藝將反應(yīng)終點(diǎn)定ｐＨ值定得較低,或二次投料點(diǎn)Ｆ/Ｕ過低,造成假粘度,結(jié)果樹脂1～2天后便失去流動(dòng)性而變成膏體狀。
尿素與甲醛的反應(yīng)體系為體型縮聚反應(yīng)體系,根據(jù)其反應(yīng)機(jī)理,尿素與甲醛反應(yīng)的摩爾越低,甲醛數(shù)量相對(duì)減少,成型縮合越困難,越容易造成縮聚不完全。結(jié)果膠體中存在過多的含有活性氨基、亞氨基或羥基的次甲基脲和羥甲基脲中間體,因此,含有活性基團(tuán)的中間體化合物使能產(chǎn)生分子間的締合并殘存剩余化學(xué)鍵,根據(jù)膠體化學(xué)理論,高分子化合物的凝膠作用是膠體間或聚合物分子間的締合和化學(xué)鍵的形成結(jié)果。尿素與甲醛的摩爾比隨著降低,所帶活性基團(tuán)的中間體產(chǎn)物比例就越大,就越易產(chǎn)生凝膠作用。
2 凝膠控制依據(jù)
2.1 凝膠點(diǎn)即膠體粘度突然增大,出現(xiàn)不能流動(dòng)而具有彈性的縮聚反應(yīng)點(diǎn),以凝膠縮聚度ＸＮ來反映。反應(yīng)體系在凝膠點(diǎn)初期,由不溶于一切溶劑的凝膠和能溶解的線型或支鏈型低聚物組成。如果凝膠點(diǎn)出現(xiàn)后繼續(xù)反應(yīng),溶膠便轉(zhuǎn)變?yōu)槟z,整個(gè)膠體便不能溶解。由于體型縮聚體系中凝膠在作用,總有一小部分官能團(tuán)被網(wǎng)狀體型結(jié)構(gòu)固定而不能參加反應(yīng),為凝膠再生和過程處理成為可能。
2.2 根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐,尿素分次投入一般不超過4次,但均以第一次投料摩爾比來確定制膠安全點(diǎn)。制膠安全點(diǎn)的確定原則是以凝膠粘度的2/3為限,實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的安全點(diǎn)粘度值見表1。
3 生產(chǎn)中出現(xiàn)凝膠的處理措施
3.1 膠液在反應(yīng)釜內(nèi)發(fā)生凝膠釜內(nèi)發(fā)生凝膠
主要是縮聚階段反應(yīng)速度太快所致,同時(shí)酸性階段主要進(jìn)行縮聚反應(yīng),即由羥甲基轉(zhuǎn)變?yōu)閬喖谆倪^程,因此與反應(yīng)環(huán)境ｐＨ值有關(guān)。另外由于酸性反應(yīng)階段摩爾比低,反應(yīng)生成物大部分是低分子量的亞甲基脲中間體,這些化合物末端有很多活性基團(tuán)而易發(fā)生分子間締合作用,反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行而不能控制即發(fā)生釜內(nèi)凝膠。
處理方法有:立即加入甲醛溶液和堿,將ｐＨ值調(diào)高一些,對(duì)膠體進(jìn)行稀釋,充分?jǐn)嚢璨⒗鋮s,然后將能流動(dòng)的膠液放入廢膠處理罐待處理。此類凝膠現(xiàn)象發(fā)生后應(yīng)認(rèn)真檢查投料配方是否有錯(cuò),特別是操作人員投放尿素是否過大,甲醛投料是否過少以及所加ＮＨ4ＣＩ是否過量。
3.2 貯存過程發(fā)生凝膠
為降低人造板甲醛釋放量而采用降低Ｆ/Ｖ摩爾比制膠的膠液穩(wěn)定性不好,貯存期短的特性,故貯存時(shí)間過長(zhǎng)是造成膠液凝膠的主要原因。另外即使穩(wěn)定性較好的膠液如貯存外界溫度較高,也會(huì)造成膠液向固化方面發(fā)展而出現(xiàn)凝膠。因此穩(wěn)定性低的膠液應(yīng)盡快使用或貯存時(shí)將溫度控制在10～25℃之間。
發(fā)生凝膠后處理方法:其一進(jìn)行凝膠再生,將凝膠適當(dāng)加熱至能流動(dòng),按10%～20%的比例適當(dāng)加入至新的反應(yīng)體系,這時(shí)應(yīng)密切注意ｐＨ值和體系粘度變化,尿素與甲醛的摩爾比應(yīng)適當(dāng)提高。其二將凝膠加熱至能流動(dòng),倒入反應(yīng)釜中。然后按摩爾比(1∶1.6以上)將尿素溶解于中性甲醛液,并緩緩加入反應(yīng)釜,注意粘度下降情況。到達(dá)正常終點(diǎn)膠液粘度稍低值時(shí)停止加入,適當(dāng)升溫至50～60℃,停止加熱。注意觀察溫度上升情況,此時(shí)溫度繼續(xù)上升即表明原來所配的尿素甲醛進(jìn)行加成反應(yīng),保溫約半小時(shí)后,按正常制膠工藝進(jìn)行酸性階段操作直至膠液合格。
3.3 假粘度及假凝膠
