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苯酚-甲醛树脂(PF)胶粘剂固化后具有优异的胶合强度、优良的耐磨、耐热、耐候性及耐沸水性,被国内外公认为是生产室外级人造板最好的胶种。不足的是颜色较深、有一定脆性,而且固化时间长、固化温度高,因而在实际生产应用上受到一定的限制。本课题研究的主要目的是为了有效地解决PF树脂的不足,研制一种可以在中温条件下完全快速固化的PF树脂胶粘剂,以适用于时下竹胶合板“热进-热出”的热压生产工艺。
本研究为了探索二价金属离子能否使PF树脂快速固化,分别以NaOH和Mg(OH)2为催化剂合成PF树脂,通过比较一般碱性催化剂下和二价金属离子催化剂下的PF树脂的基本性能,得知由于Mg(OH)2自身的某些特性,使其不适合作PF树脂的催化剂,也达不到快速固化的要求。参考前人研究,本课题又采用提高初期PF树脂的聚合度、调整甲醛、烧碱与苯酚的摩尔比以及添加一定量的促进剂的方法达到加快树脂的固化速度、降低固化温度的目的,进而实现树脂的中温固化。
试验通过设计两个正交优化试验,分析不同因素对合成PF树脂在中温条件下固化的影响,对试验数据进行统计分析,确定了中温固化型PF树脂的最优配方和工艺,并通过重复试验验证了结果的可靠性。试验表明苯酚:甲醛:氢氧化钠:水的摩尔比为1:1.55:0.45:11.5;促进剂的加入量为苯酚质量的4%:制备过程中甲醛分两次加入,两次加入的比例为65%:35%,在第二次加入甲醛升温到92~96℃时,加入添加剂和水,反应终点粘度控制在25s,树脂能实现中温快速固化。
为了进一步研究PF的合成机理,本试验在树脂的合成过程分段取样,进行红外光谱(R)、气相色谱(GS)、质谱(MS)和粒径检测,定性的测定树脂各阶段的产物以及活性基团的种类、分子结构、分子量及其分布。通过对人造板用中温快速固化型PF树脂合成、固化机理和性状特征的研究揭示其反应合成、固化的内在规律,这对促进我国人造板工业的发展进步、扩大人造板的应用领域,推动人造板用PF树脂胶粘剂的理论研究具有重要的意义。