改性三聚氰胺甲醛樹(shù)脂研究

馮海燕 劉燁晗 劉懷雙

山東華魯恒升化工股份有限公司 山東 德州 253000

引言

三聚氰胺甲醛樹(shù)脂的簡(jiǎn)稱是三聚氰胺樹(shù)脂，屬于一種重要的三嗪環(huán)化合物，它主要是有三聚氰胺和甲醛發(fā)生加成反應(yīng)，之后再通過(guò)脫水縮合形成的一種聚合物。三聚氰胺樹(shù)脂材料的性能較為優(yōu)越，首先由于它的耐水性、耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性等，可以將其用在制造模塑料當(dāng)中；其次，由于其結(jié)實(shí)性和耐高溫性，還可以將其用在人造板的生產(chǎn)建造當(dāng)中；最后，三聚氰胺樹(shù)脂材料還可以用在涂料的生產(chǎn)當(dāng)中。三聚氰胺樹(shù)脂材料在人們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中的應(yīng)用范圍非常廣泛，因此通過(guò)改性之后的三聚氰胺樹(shù)脂材料不僅可以提高其應(yīng)用范圍，而且使用安全性和使用穩(wěn)定性大大提高。本文通過(guò)對(duì)改型三聚氰胺樹(shù)脂材料進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究，通過(guò)分析希望可以明確確定改性三聚氰胺樹(shù)脂材料的各種優(yōu)勢(shì)性能，進(jìn)而幫助解決提高我國(guó)三聚氰胺樹(shù)脂材料的生產(chǎn)質(zhì)量。

1 三聚氰胺樹(shù)脂改性的方法

1.1 物理改性

想要全面提高改性三聚氰胺樹(shù)脂材料的性能，首先需要確定三聚氰胺樹(shù)脂材料的改性方法，物理改性是對(duì)三聚氰胺樹(shù)脂材料進(jìn)行改性的其中一種重要的方法。在物理改性的過(guò)程中，主要是依靠在三聚氰胺樹(shù)脂材料后段加入一定量的物理改性劑，通過(guò)此種方法可以阻斷三聚氰胺樹(shù)脂內(nèi)三嗪環(huán)的相互靠近，從而能夠不斷地增加三嗪環(huán)之間距離，最終達(dá)到改性的作用。

1.2 化學(xué)改性

除了進(jìn)行物理改性以外，化學(xué)改性也是改進(jìn)三聚氰胺樹(shù)脂材料的其中一種方法。化學(xué)改性是通過(guò)改性劑與縮聚單體直接進(jìn)行反應(yīng)，使其形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，從而使樹(shù)脂大分子結(jié)構(gòu)與連接序列分布更加整齊，從而達(dá)到改性三聚氰胺樹(shù)脂材料，增加三聚氰胺樹(shù)脂材料韌性的目的。

2 樹(shù)脂合成的影響因素

在三聚氰胺數(shù)值材料合成的過(guò)程當(dāng)中，出現(xiàn)了多種影響因素，其中反應(yīng)物配比、反應(yīng)溫度、pH、反應(yīng)終點(diǎn)的控制等是影響三聚氰胺樹(shù)脂材料合成的主要因素。

2.1 pH的影響

pH值是影響三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料進(jìn)行生產(chǎn)加工的主要原因，通常情況下，在對(duì)三聚氰胺甲醛數(shù)值材料加工生產(chǎn)的情況下，都是在堿-酸-堿的條件下進(jìn)行反應(yīng)的。如果在三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料生產(chǎn)加工的過(guò)程中，反應(yīng)條件是強(qiáng)酸性，那么在這過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生較多的亞甲基三聚氰胺沉淀，一旦有該沉淀產(chǎn)生，不僅不利于后期樹(shù)脂溶液的生產(chǎn)加工，而且還會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)性能方面的影響。如果在三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料生產(chǎn)加工的過(guò)程當(dāng)中，反應(yīng)條件是在強(qiáng)酸性的條件下進(jìn)行，那么也可能形成亞甲基橋。為了能夠從根本上解決三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料在生產(chǎn)加工過(guò)程中的各種酸堿性條件，在實(shí)驗(yàn)最開(kāi)始階段，需要將反應(yīng)液的pH調(diào)節(jié)在8.5~9.0左右，這樣不僅能夠保證在反應(yīng)過(guò)程中pH保持在7.0~7.5，而且還可以確保整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的完整性。

2.2 反應(yīng)物的配比

三聚氰胺樹(shù)脂原材料的反應(yīng)物配比也是影響整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的合成速度和合成性能的主要影響因素[1]。在三聚氰胺和甲醛材料兩種物質(zhì)不同的配比之下，會(huì)形成一至六羥甲基三聚氰胺，如果所加入的三聚氰胺樹(shù)脂材料和甲醛樹(shù)脂材料的量過(guò)少，則會(huì)生成羥甲基三聚氰胺，性能非常的不穩(wěn)定，還會(huì)留下許多未反應(yīng)的活潑氫原子。主要原因是三聚氰胺樹(shù)脂材料與甲醛材料在反映的過(guò)程當(dāng)中，羥甲基與羥甲基之間是分兩步反應(yīng)的，因此兩者之間物質(zhì)的量比越高，那么生成的三羥甲基三聚氰胺就更加的穩(wěn)定，從而還可以全面保證三聚氰胺樹(shù)脂材料的性能。

2.3 反應(yīng)溫度

在對(duì)改性三聚氰胺樹(shù)脂材料和甲醛材料混合生產(chǎn)的過(guò)程當(dāng)中，要保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的反應(yīng)溫度在75~85℃之間，如果溫度夠高，那么就會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂材料的反應(yīng)速度加快，影響樹(shù)脂材料生成的穩(wěn)定性，如果溫度過(guò)低，那么就會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂材料的縮聚反應(yīng)中產(chǎn)生一定的問(wèn)題，影響樹(shù)脂材料后期的使用質(zhì)量。

2.4 反應(yīng)終點(diǎn)的控制

當(dāng)三聚氰胺樹(shù)脂材料加工到最后一階段時(shí)，要合理的控制三聚氰胺反應(yīng)終點(diǎn)的速度，因?yàn)閿?shù)值反應(yīng)的終點(diǎn)速度控制，對(duì)三聚氰胺樹(shù)脂材料之后的穩(wěn)定性有很大的影響，如果三聚氰胺樹(shù)脂材料后期反應(yīng)終點(diǎn)的控制時(shí)間不當(dāng)，那么就會(huì)導(dǎo)致三聚氰胺樹(shù)脂材料的穩(wěn)定性變差，黏性降低。

3 三聚氰胺樹(shù)脂的合成工藝

三聚氰胺樹(shù)脂材料的生產(chǎn)加工并不是一步完成的，而是分階段進(jìn)行的，第一步是三聚氰胺和甲醛在中性的環(huán)境下發(fā)生加成反應(yīng)，進(jìn)而生成穩(wěn)定的羥甲基三聚氰胺；第二步進(jìn)行縮聚反應(yīng)，形成熱固性樹(shù)脂材料。在各個(gè)反應(yīng)發(fā)生的過(guò)程當(dāng)中，原料組分的物質(zhì)的量之比、反應(yīng)介質(zhì)的pH、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，以及原材料質(zhì)量與反應(yīng)終點(diǎn)的控制等因素，都會(huì)影響三聚氰胺樹(shù)脂材料的正常合成。

3.1 三聚氰胺與甲醛的物質(zhì)的量之比

三聚氰胺與甲醛的物質(zhì)的量之比直接會(huì)影響后期改性三聚氰胺的生產(chǎn)性能，如果在生產(chǎn)加工過(guò)程中，三聚氰胺與甲醛物質(zhì)量之比控制在1︰2以下，那么所生產(chǎn)的膠合板強(qiáng)度就會(huì)有所下降，不利于整個(gè)膠合板后期的正常使用，當(dāng)三聚氰胺與甲醛的物質(zhì)量之比在1︰3時(shí)，那么就會(huì)導(dǎo)致后期交合板在使用過(guò)程中濕強(qiáng)度下降，不利于膠合板性能的發(fā)揮，因此在三聚氰胺與甲醛材料生產(chǎn)膠合板的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)該將其物質(zhì)量控制在1︰2~1︰3之間[2]。

3.2 催化劑的選擇及反應(yīng)介質(zhì)的pH 值

為了能夠保證三聚氰胺樹(shù)脂材料與甲醛材料兩者之間的性能，可以在三聚氰胺與甲醛材料生產(chǎn)加工的過(guò)程中添加NaOH作為催化劑，主要原因在于在生產(chǎn)加工過(guò)程中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，整個(gè)反應(yīng)內(nèi)的pH有所降低，如果pH不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致三聚氰胺與樹(shù)脂材料后期的聚合速度產(chǎn)生一定的影響，因此加入一定量的NaOH，可以保證反應(yīng)體系內(nèi)的酸堿平衡，有利于保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)在穩(wěn)定的情況下進(jìn)行。如果在反應(yīng)過(guò)程中堿性較低，那么生成的樹(shù)脂材料黏性就會(huì)越高，越有利于后期的使用。

3.3 反應(yīng)溫度及反應(yīng)終點(diǎn)的控制

在三聚氰胺樹(shù)脂材料和甲醛樹(shù)脂材料生產(chǎn)加工過(guò)程中，要保證其反應(yīng)溫度控制在75~85℃左右。如果整個(gè)環(huán)境的溫度過(guò)高，那么就會(huì)導(dǎo)致三聚氰胺分子與甲醛分子的正常結(jié)合，影響后期三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料的使用性能，因此需要合理的控制整個(gè)反控環(huán)境下的溫度。除此之外，反應(yīng)終點(diǎn)的控制也是非常重要的，如果控制不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致三聚氰胺樹(shù)脂材料過(guò)度反應(yīng)，所生成的材料性能會(huì)大大降低。

4 三聚氰胺甲醛樹(shù)脂改性研究進(jìn)展

4.1 三聚氰胺甲醛樹(shù)脂的增韌改性

現(xiàn)階段對(duì)三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料的改性，主要可以體現(xiàn)在能夠全面增強(qiáng)其韌性的過(guò)程當(dāng)中，因此在對(duì)三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料進(jìn)行改性研究的過(guò)程當(dāng)中，主要還是能夠通過(guò)改變其化學(xué)鍵或者性能結(jié)構(gòu)，使其韌性不斷增加[3]。改變韌性最多的方法就是在三聚氰胺與甲醛樹(shù)脂材料反應(yīng)柔性較大的區(qū)域，加入大量的聚乙烯醇大分子，經(jīng)過(guò)不斷的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一定量的縮醛化產(chǎn)物，在縮醛化產(chǎn)物的影響之下，可以有效降低三嗪環(huán)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，從而達(dá)到增加三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料韌性的目的。根據(jù)現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)研究的情況來(lái)看，部分學(xué)者為了能夠提高三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料的韌性，在實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中加入乙二醇、三羥基丙烷和間苯二酚，通過(guò)此舉，三聚氰胺的韌性大大提高。

4.2 三聚氰胺甲醛樹(shù)脂固含量的提高

在一般情況下，當(dāng)三聚氰胺與甲醛發(fā)生聚合反應(yīng)時(shí)，水作為主要的介質(zhì)，可以將羥甲基化三聚氰胺和水進(jìn)行混溶，所以在整個(gè)反應(yīng)發(fā)生過(guò)程中，水所發(fā)揮的是媒介作用，不會(huì)影響后期三聚氰胺甲醛數(shù)值材料反應(yīng)的溶解度，也不會(huì)對(duì)三聚氰胺甲醛數(shù)值材料后期的性能產(chǎn)生一定的影響。因此在三聚氰胺樹(shù)脂材料加工生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)該盡可能地減少樹(shù)脂中的水，使其的酸堿性更加平衡。

4.3 三聚氰胺甲醛樹(shù)脂貯存穩(wěn)定性的提高

在生產(chǎn)加工過(guò)程中，三聚氰胺的穩(wěn)定性也會(huì)直接影響三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料后期的正常儲(chǔ)存[4]。造成三聚氰胺穩(wěn)定性不高的主要原因是在于羥甲基化的作用，在這一過(guò)程中，三聚氰胺內(nèi)分子的性質(zhì)會(huì)發(fā)生一定的變化，在內(nèi)部之間會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而影響三聚氰胺數(shù)據(jù)材料后期的黏度。目前為了能夠解決三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料后期的穩(wěn)定性，主要可以通過(guò)改變?nèi)矍璋返膬?chǔ)存形狀；在生產(chǎn)加工以及建設(shè)過(guò)程中過(guò)多的關(guān)注pH，或者在生產(chǎn)加工過(guò)程加入無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)堿的方法，進(jìn)而保證在生產(chǎn)加工過(guò)程中，三聚氰胺的生產(chǎn)環(huán)境，通過(guò)以上各種方法來(lái)增強(qiáng)整個(gè)三聚氰胺甲醛數(shù)值材料的穩(wěn)定性。

4.4 三聚氰胺甲醛樹(shù)脂游離甲醛含量的降低

在三聚氰胺樹(shù)脂材料與甲醛樹(shù)脂材料生產(chǎn)加工的過(guò)程當(dāng)中，由于甲醛的穩(wěn)定性較差，因此甲醛非常容易揮發(fā)到空氣中，給生產(chǎn)加工的員工帶來(lái)一定的生命安全。面對(duì)這種情況，現(xiàn)階段的處理方法可以分為減壓法和加入添加劑兩種形式，在三聚氰胺和甲醛樹(shù)脂材料生產(chǎn)加工過(guò)程中加入一定量的甲醛綜合劑，可以增加甲醛材料的穩(wěn)定性，進(jìn)而有效避免甲醛材料揮發(fā)到空氣。

5 三聚氰胺甲醛樹(shù)脂的應(yīng)用

現(xiàn)階段三聚氰胺甲醛數(shù)值材料的發(fā)展已經(jīng)越來(lái)越快，不少已經(jīng)合成的三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料投入工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際的生活當(dāng)中[5]。①在人造板方面的應(yīng)用，三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料可以作為一種膠粘劑，制造出多種多樣的人造板類型，而且制造出的人造板色澤更加豐富，硬度更強(qiáng)，耐磨耐熱性更強(qiáng)，符合現(xiàn)階段對(duì)人造板的基本需求。②在發(fā)泡技術(shù)方面的應(yīng)用，經(jīng)過(guò)三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料所生產(chǎn)出的發(fā)泡里面可以在高溫的環(huán)境下進(jìn)行使用，其使用穩(wěn)定性更強(qiáng)，還可以隔絕噪音，達(dá)到環(huán)保的目的，非常有利于后期我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)。現(xiàn)階段已經(jīng)普遍使用在軌道交通和建筑工程建設(shè)等方面。③三聚氰胺樹(shù)脂材料還可以用在涂料生產(chǎn)等方面。通過(guò)使用三聚氰胺和甲醛樹(shù)脂材料所生產(chǎn)出來(lái)的涂料，溫度控制更加的便捷，現(xiàn)階段已經(jīng)普遍的使用在汽車生產(chǎn)和家電生產(chǎn)等方面。④三聚氰胺樹(shù)脂在木材工業(yè)應(yīng)用等方面的應(yīng)用，三聚氰胺樹(shù)脂材料的穩(wěn)定性非常有利于木材工業(yè)行業(yè)的發(fā)展，主要原因在于在三聚氰胺樹(shù)脂材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中，會(huì)形成各種低分子小體積的氫鍵，這些氫鍵撐脹細(xì)胞壁的效果較好，可以保證木材的使用穩(wěn)定性，而且還可以確保木材后期的疏水性能，保證木材的使用安全性，有效避免木材后期出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象。但是如果將三聚氰胺樹(shù)脂材料運(yùn)用在木材工業(yè)行業(yè)，會(huì)使其生產(chǎn)成本大大增加，不利于工業(yè)生產(chǎn)制造，后期還需要根據(jù)相應(yīng)樹(shù)脂材料的性能進(jìn)行不斷的改進(jìn)，使其能夠滿足最基本的生產(chǎn)成本要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料對(duì)人們的生產(chǎn)生活都會(huì)產(chǎn)生一定的影響，而且在現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)發(fā)展的情況之下，三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料的發(fā)展也有了不小的進(jìn)步，但是在性能使用方面還存在一定的問(wèn)題，還需要我國(guó)不斷投入更大的資金和研究力量。三聚氰胺樹(shù)脂材料的環(huán)保性更強(qiáng)，非常符合現(xiàn)階段人們對(duì)生活的需求，所以說(shuō)三聚氰胺甲醛樹(shù)脂材料是后期進(jìn)行材料研究的重點(diǎn)內(nèi)容。