氨基树脂类胶粘剂课件.pptx
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- 氨基树脂 胶粘剂 课件
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1、第一节第一节 脲醛树脂胶(脲醛树脂胶(UFUF)Urea formaldehyde Urea formaldehyde resin adhesivesresin adhesives第1页/共72页一、脲醛树脂一、脲醛树脂 脲醛树脂:尿素与甲醛在酸性或碱性条件脲醛树脂:尿素与甲醛在酸性或碱性条件下经过缩聚反应而成的高分子化合物。下经过缩聚反应而成的高分子化合物。 尿素 甲醛 高分子化合物 H+或OH缩聚 第2页/共72页二、脲醛树脂胶:二、脲醛树脂胶:脲醛树脂加固化剂或其他助剂调制而成。脲醛树脂脲醛树脂 固化剂(或其他助剂)固化剂(或其他助剂) 脲醛树脂胶脲醛树脂胶 三、脲醛树脂胶的性能三、脲醛
2、树脂胶的性能优点:优点: 胶合强度高; 有 一 定 的 耐 水 性 , ( 临 界 温 度 7 0 80),属中等耐水性胶;调制调制第3页/共72页 耐热、耐腐、耐化学药品性好; 成本低、工艺简单、使用方便; 颜色浅。缺点:缺点: 胶层脆、易老化; 游离醛含量高。四、脲醛树脂胶的分类与用途四、脲醛树脂胶的分类与用途第4页/共72页3 3 -1-1- 1 1 脲醛树脂的原料脲醛树脂的原料 一、尿素一、尿素(脲、碳酸二酰胺、碳酰胺)(脲、碳酸二酰胺、碳酰胺) 碳酸: H2CO3脲: CO(NH2)2分子量分子量 60.055,熔点 132.7NH2HOOHCCOOH2N第5页/共72页 化学性质:
3、化学性质:1易溶于水易溶于水其水溶液呈弱碱性;溶于水时吸热2易吸湿结块易吸湿结块3在较高温度下易分解在较高温度下易分解(在熔点135以下相当稳定)H2NH2NNH2NH2NHNH3CCCOOOH2NNH2CO+缩 二脲第6页/共72页4在水、稀酸、稀碱中在水、稀酸、稀碱中不稳定,易分解易分解 H2NNH2COH2OCO2CO2NH3H2OH2SO4(NH4)2SO4Na2CO3NH3+22+NaOH+250第7页/共72页3-1-2 3-1-2 脲醛树脂的合成原理脲醛树脂的合成原理 一、加成反应一、加成反应尿素甲醛尿素甲醛 羟甲(基)脲羟甲(基)脲条件条件:弱碱性、中性、弱酸性 例: 加成H2
4、NNH2CH2OHOH2NNHCH2OHCCOO+CH2OCH2O一 羟 甲 脲(白色 固 体,可 溶 于 水 )NHCHNHOH2C二羟 甲 脲易 形成(白色 固 体,可 溶 于 水 )第8页/共72页HOH2CNCH2OHCH2OHCH2OHCH2OHOOCH2OCH2OHOH2CCHNHOH2CC三羟 甲 脲四 羟 甲 脲需 较多的 甲 醛需 很多甲 醛且 不易 形成NN第9页/共72页 说明:说明: 加成反应是发生在氨基上,加成反应是发生在氨基上,氨基上的氢原子发生转移,形成羟甲基(CH2OH)。羟甲脲是形成树脂的中间体,所以叫初期中间体。 形成何种羟甲脲主要取决于摩尔比主要取决于摩尔
5、比设:U:F1:N当N1时,以一羟甲脲为主 N1时,以二羟甲脲为主 N1时,有少量的三羟甲脲 第10页/共72页 尿素分子氨基上剩余氢原子的反应活性随着羟反应活性随着羟甲基的引入而依次降低甲基的引入而依次降低。生成一羟甲脲、二羟甲脲、三羟甲脲的反应速度比例为9:3:1。 N N2020、碱性、碱性、5050条件下,在实验中找到少条件下,在实验中找到少量的四羟甲脲量的四羟甲脲。因此并不是摩尔比越大,形成的羟甲基数同步增长。这与苯酚、甲醛的加成发应不同。 在中性或弱碱性(中性或弱碱性(pH=7pH=79 9)条件)条件下,形成的羟甲脲最稳定。(否则进一步缩聚的反应基团就没有了)。 第11页/共72
6、页 在弱酸性(弱酸性(pHpH4 46 6)条件)条件下,羟甲脲不稳定,一形成并进行缩聚反应,形成亚甲基连接的初期聚合物。 NHNH2NH2CH2OHCONH2CONHNH2CONHNH2CO+CH2+H2OH+第12页/共72页 在强碱性(强碱性(pHpH11111313)条件)条件下,羟甲脲易发生水解,形成羟甲脲的速率下降。 生产中第一阶段的反应pH 9NHNH2NH2CH2OHCONH2CO+H2OHOOHCH2CO2NH3+甲 二醇OH第13页/共72页 在强酸性强酸性(pH (pH 3)3)条件条件下, 羟甲脲 次甲脲 UF树脂生产中pH 3 NO+H2OH2NNHCH2OHCOH2
7、NCCH2CH2OHONHCHNHOH2CNOCNH2CCH2+H2O一 羟 甲 脲一 次 甲 脲二羟 甲 脲二次 甲 脲(白色 ,不溶 于 水 )(白色 ,不溶 于 水 )H+H+第14页/共72页注意:注意: 一羟甲基脲、二羟甲基脲是加成产物,具有活性基团,是反应的中间体; 一次甲基脲、二次甲基脲是白色沉淀物,没有活性,不能再继续反应。第15页/共72页 二、缩聚反应二、缩聚反应 羟甲脲羟甲脲 初期脲醛树脂初期脲醛树脂缩聚速度:缩聚速度:在弱酸性中弱碱性缩聚形式:缩聚形式: 羟甲脲尿素 羟甲脲羟甲脲 单体多聚体 多聚体多聚体 缩聚第16页/共72页 例:CH2OHCH2OHCH2OHCH2
8、OHNH2NHNHO+CH2CH2CH2+H2OH2OH2OH2O(尿 素 或一 羟 甲 脲)CH2OH+CH2N+(一 羟 甲 脲或二羟 甲 脲)CH2OH+()CH2O+CH2+a)b)c)d)第17页/共72页 说明:说明: 在弱酸性条件下,反应以a)、b)、c)为主,树脂分子结构中以CH2连接为主;或在甲醛用量少时,也以CH2连接为主。 在弱碱性条件下,反应以d)为主,树脂分子结构中以-CH2-0-CH2-连接为主;或在甲醛用量多时也是如此。 第18页/共72页 羟甲基脲缩聚反应形成树脂,其树脂化过程也分三个阶段(初期、中期、末期),制胶就控制在初期树脂阶段。初期脲醛树脂分子结构特点:
9、初期脲醛树脂分子结构特点: 平均聚合度n=78,分子以线型结构为主; 连接位置在N原子上; 连接方式以CH2为主; 有游离的羟甲基(CH2OH)。 第19页/共72页根据上述特点可以写出初期脲醛树脂的分子结构式: CH2OHNHCH2OHNHNHNHCH2OHCCH2NHNCCCCOOOOONHNHNHNHNHCH2CH2CH2CH2CONHNHCH2CONH第20页/共72页 初期脲醛树脂的性能:初期脲醛树脂的性能: 具有可溶可熔性。初期UF 中期UF 末期UF 长期贮存 长期贮存脲醛树脂的固化原理脲醛树脂的固化原理:在外界因素(加催化剂、:在外界因素(加催化剂、加热、长时间)的影响下,树脂
10、里的活性基加热、长时间)的影响下,树脂里的活性基团(团(CHCH2 2OHOH)进一步进行缩聚反应而固化。)进一步进行缩聚反应而固化。 固化剂 固化剂第21页/共72页一、摩尔比的影响一、摩尔比的影响1 1对初产物和树脂性质的影响对初产物和树脂性质的影响U/F=1/N 初产物(加成物) 树脂性质N 1 一羟甲脲 热塑性N 1 以一羟甲脲为主, 热固性 有少量二羟甲脲N 1 以二羟甲脲为主 热固性随着N二羟甲脲含量;N基本上全是二羟甲脲。 3-1-3 3-1-3 影响脲醛树脂质量的因素影响脲醛树脂质量的因素 第22页/共72页 2 2对树脂使用特性的影响对树脂使用特性的影响设N: 游离醛,CH2
11、OH,初粘性,适用期,固化时间 H2O,粘度,固含量,贮存期(稳定性越好) 胶层耐水性(含CH2OH多) 第23页/共72页二、催化剂(二、催化剂(pHpH值)的影响值)的影响弱碱性:弱碱性: 加成反应速度快; 初产物较稳定; 终产物结构以CH20CH2连接为主。弱酸性:弱酸性: 缩聚反应速度快; 初产物不稳定; 终产物结构以CH2连接为主。 第24页/共72页三、原料质量的影响三、原料质量的影响1 1尿素尿素 硫酸铵含量高,反应液pH值易降低,树脂化速度快,固化速度快,游离醛含量高,胶合强度降低,(标准量 0.01%)。 缩二脲含量高,反应速度减慢,贮存期缩短,胶合强度降低,(标准量 0.7
12、%)。 游离氨含量高,反应液pH值不易降低,树脂化速度慢,固化速度慢,游离醛含量高,胶合强度降低,(标准量 0.015%)。第25页/共72页 2 2甲醛甲醛 甲醛含量低,反应物浓度低,树脂化速度慢,分子量低(标准量37%左右); 甲酸含量高,pH值低,耗碱量大(标准量 0.050.1%); 甲醇含量高,树脂化速度慢,胶层耐水性降低(标准量612%) 铁含量高,反应初期加速甲醛的氧化,耗碱量大,在树脂固化过程中延长固化时间,胶层颜色深。第26页/共72页四、反应温度和反应时间的影响四、反应温度和反应时间的影响 反应温度高,反应速度快,缩聚程度高,分子量大。 在制胶过程中,温度控制不当易发生质量
13、事故。 反应温度一定时,反应时间长,分子量大,树脂水溶性降低,施胶性能差,贮存期短。第27页/共72页一、原料计算一、原料计算 1 1已知尿素量,计算甲醛的用量已知尿素量,计算甲醛的用量 G=G=MNWR/60Q=30NWR/60QMNWR/60Q=30NWR/60Q =NWR/2Q=NWR/2Q G:甲醛的重量 M:甲醛分子量 N:甲醛的摩尔数 W:尿素的重量 R:尿素纯度 60:尿素分子量 Q:甲醛纯度 (30:甲醛分子量) 3-1-4 3-1-4 脲醛树脂的合成工艺脲醛树脂的合成工艺 第28页/共72页2 2已知甲醛量,计算尿素用量已知甲醛量,计算尿素用量 W W2GQ/NR2GQ/NR
14、 尿素多次投料,按上述公式根据每次的摩尔比计算每次尿素的用量。注:第二次及以后的实际投料量要减去反应注:第二次及以后的实际投料量要减去反应釜里已有的量。釜里已有的量。 尿素分次投料,每次用量为总量的百分之几。第29页/共72页3 3已知甲醛用量和尿素各次的投料量,计算已知甲醛用量和尿素各次的投料量,计算每次的摩尔比。每次的摩尔比。 N N2GQ/WR2GQ/WR注:第二次及以后的摩尔比计算,注:第二次及以后的摩尔比计算,W W是当次的是当次的尿素量加上反应釜里已有的量。尿素量加上反应釜里已有的量。第30页/共72页例:例: 生产53号脲醛树脂,已知尿素纯度100%,甲醛浓度37%,用量1360
15、Kg,尿素分三次投入,每次的摩尔比为(1)1:2.52,(2)1:1.79,(3)1:1.52。请计算尿素每次的投料量为多少?第31页/共72页 解:解:W12136037(2.52100)399.4(kg)W22136037(1.79100)562.2(kg)W2实562.2399.4162.8(kg)W32136037(1.52100)662.1(kg)W3实662.1562.299.9(kg)答:尿素三次的投入量分别为399.4kg、162.8kg、99.9kg。第32页/共72页注意:注意: 第二次及以后的实际加入量要扣除前面已加入的量。 最后一次的摩尔比,实际上就是该种牌号树脂的摩尔
16、比。 数值取舍:求重量保留一位小数,求摩尔比保留二位小数。第33页/共72页 二、合成工艺类型二、合成工艺类型 1 1缩聚次数缩聚次数在PF树脂生产中,缩聚次数指甲醛的投料次数。在在UFUF树脂生产中,缩聚次数指尿素的投料次数。树脂生产中,缩聚次数指尿素的投料次数。多次缩聚的优点:多次缩聚的优点: 提高甲醛与第一次尿素的摩尔比,有利于形成二羟甲脲。 降低游离醛含量。 控制放热反应,使反应较平稳、充分,分子较均匀。 第34页/共72页 二次缩聚法的投料形式:二次缩聚法的投料形式: 反应终点前加入U2 反应终点后,脱水前加U2 脱水后加U2 三次缩聚法的投料形式:三次缩聚法的投料形式:反应终点前加
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