三聚氰胺甲醛模塑料的制备方法转让专利
申请号 : CN200910033562.5
文献号 : CN101585953B
文献日 : 2010-12-29
发明人 : 储富祥 , 王春鹏 , 金铁铃 , 吕延 , 金立维
申请人 : 中国林业科学研究院林产化学工业研究所
摘要 :
本发明公开了一种三聚氰胺甲醛模塑料的制备方法，将100质量份37％wt的甲醛用30％wt的氢氧化钠调节pH值为6～10，然后升温，加入30～100质量份三聚氰胺和改性剂，继续升温至80～95℃，并在此温度下反应1～3小时后，降温并同时加入甲醛捕捉剂，当温度降至60℃时，加入三乙醇胺，然后真空脱水后，出料备用。将树脂和增强材料捏合15～60min，得到湿料。将湿料置于50～90℃下，真空度0.01～0.3MPa下真空干燥6～9小时，得干料。先将干料用粉碎机中粉碎至40目左右，再加入2～10质量份的无机填料、0.1～2质量份的脱模剂于球磨机中球磨10～30小时，即得三聚氰胺甲醛模塑料。提高了模塑料的强度和韧性。弯曲强度＞90MPa，冲击强度＞1.8KJ/m2。可提取甲醛含量低于10mg/L。
权利要求 :
1.一种三聚氰胺甲醛模塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：三聚氰胺甲醛树脂的合成：将100质量份37％wt的甲醛用30％wt的氢氧化钠调节pH值为6～10，然后升温至50℃，加入30～100质量份三聚氰胺和2～30质量份的改性剂，继续升温至80～95℃，并在此温度下反应1～3小时后，降温并同时加入3～10质量份的甲醛捕捉剂，当温度降至60℃时，加入0.1～1质量份的三乙醇胺，然后在真空度0.01～0.3MPa下脱水15～40分钟后，出料备用，得到三聚氰胺甲醛树脂；所述的改性剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、对甲苯磺酰胺、双氰胺和苯代三聚氰胺中的一种或几种的任意比混合物；
第二步：树脂与增强材料捏合：将第一步得到的三聚氰胺甲醛树脂和20～100质量份的增强材料同时投入捏合机中捏合15～60min，得到湿料；所述的增强材料为杉木纤维素、α-纤维素，木质纤维素、麻纤维、岩棉纤维、竹纤维、杨木中的一种或几种的任意比混合物；
第三步：湿料干燥：将第二步得到的湿料置于50～90℃下，真空度0.01～0.3MPa下真空干燥6～9小时，得干料；
第四步：干料球磨：先将第三步的干料粉碎至40目～80目，再加入2～10质量份的无机填料、0.1～2质量份的脱模剂于球磨机中球磨10～30小时，即得三聚氰胺甲醛模塑料。
2.根据权利要求1所述的三聚氰胺甲醛模塑料的制备方法，其特征在于，所述的甲醛捕捉剂为三聚氰胺、尿素、己内酰胺、硫脲中的一种或几种的任意比混合物。
3.根据权利要求1所述的三聚氰胺甲醛模塑料的制备方法，其特征在于，所述的脱模剂为月桂酸、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁中的一种或几种的任意比混合物。
4.根据权利要求1所述的三聚氰胺甲醛模塑料的制备方法，其特征在于，所述的无机填料为碳酸钙、高岭土、滑石粉、立德粉、氧化铝和钛白粉中的一种或几种的任意比混合物。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种氨基模塑料的制造方法，特别涉及一种改型三聚氰胺甲醛树脂合成的模塑料。
背景技术
三聚氰胺甲醛模塑料又称蜜胺模塑料，是氨基模塑料的一种，由三聚氰胺甲醛树脂为胶粘剂，添加增强材料、脱模剂、颜料、固化剂等，并经过一定的塑化工艺制成。由于原料价格低廉，制品色泽鲜艳，外观光滑，无臭无味，具有自熄及耐电弧性、耐热、阻燃、制品尺寸稳定，因而广泛应用于电子、电器、汽车、日用品等行业。
但是，三聚氰胺甲醛树脂制得的模塑料具有韧性差、易龟裂和可提取甲醛量较高的缺点。三聚氰胺甲醛模塑料韧性差是因为：三聚氰胺甲醛树脂的固化是通过亚甲基或二亚甲基醚键相互交联实现的，因亚甲基两端连有位阻很大的三嗪环，并且多个亚甲基同三嗪环间相互交错，所以固化后树脂硬度大、不易弯曲伸展，几乎没有韧性。
但是，三聚氰胺甲醛树脂制得的模塑料具有韧性差、易龟裂和可提取甲醛量较高的缺点。三聚氰胺甲醛模塑料韧性差是因为：三聚氰胺甲醛树脂的固化是通过亚甲基或二亚甲基醚键相互交联实现的，因亚甲基两端连有位阻很大的三嗪环，并且多个亚甲基同三嗪环间相互交错，所以固化后树脂硬度大、不易弯曲伸展，几乎没有韧性。
发明内容
为了解决现有技术存在的三聚氰胺甲醛树脂值得的模塑料韧性差、易龟裂可提取甲醛含量高的缺点，本发明提供了一种三聚氰胺甲醛模塑料的制备方法，制得的模塑试件具有较低的甲醛释放量、韧性好，不易龟裂。
本发明采取如下技术方案：一种三聚氰胺甲醛模塑料的制备方法：
第一步：三聚氰胺甲醛树脂的合成将100质量份37％wt的甲醛用30％wt的氢氧化钠调节pH值为6～10，然后升温至50℃，加入30～100质量份三聚氰胺和2～30份的改性剂，继续升温至80～95℃，并在此温度下反应1～3小时后，降温并同时加入3～10质量份的甲醛捕捉剂，当温度降至60℃时，加入0.1～1质量份的三乙醇胺，然后在真空度0.01～0.3MPa下脱水20～40分钟后，出料备用，得到三聚氰胺甲醛树脂；所述的改性剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、对甲苯磺酰胺、双氰胺和苯代三聚氰胺中的一种或几种的任意比混合物；
第二步：树脂与增强材料捏合将上述树脂趁热和20～100质量份的增强材料同时投入具有双∑型搅拌桨的捏合机中捏合15～60min，得到湿料；所述的增强材料为杉木纤维素、α-纤维素，木质纤维素、麻纤维、岩棉纤维、竹纤维、杨木中的一种或几种的任意比混合物。
第三步：湿料干燥将上述湿料置于50～90℃下，真空度0.01～0.3MPa下真空干燥6～9小时，得干料。
第四步：干料球磨先将上述干物料用粉碎机中粉碎至40目左右，再加入2～10质量份的无机填料、0.1～2质量份的脱模剂于球磨机中球磨10～30小时，即得三聚氰胺甲醛模塑料。
所述的甲醛捕捉剂为三聚氰胺、尿素、己内酰胺、硫脲中的一种或几种的任意比混合物。
所述的脱模剂为月桂酸、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁中的一种或几种的任意比混合物。
所述的无机填料为碳酸钙、高岭土、滑石粉、立德粉、氧化铝和钛白粉中的一种或几种的任意比混合物。
有益效果：1.本发明在合成树脂时引入改性单体聚乙烯醇、聚乙二醇、对甲苯磺酰胺、双氰胺和苯代三聚氰胺等对三聚氰胺甲醛树脂进行改性，提高了模塑料的强度和韧性。弯曲强度＞90MPa，冲击强度＞1.8KJ/m2。
2.本发明通过控制三聚氰胺甲醛摩尔比，在反应末期加入甲醛捕捉剂，并使用真空脱水和真空干燥等工艺，有效的降低了模塑料的可提取甲醛含量。可提取甲醛含量低于10mg/L。
3.本发明通过使用聚乙二醇和苯代三聚氰胺等参加三聚氰胺甲醛的缩合反应，降低树脂的交联度，并拉大三嗪环之间的距离，从而提高了模塑制品的韧性；同时通过控制摩尔比，树脂反应末期加入甲醛吸收剂，有效的降低树脂中的游离甲醛，同时使用真空干燥进一步降低游离甲醛，最终值得的模塑试件具有较低的甲醛释放量。
本发明采取如下技术方案：一种三聚氰胺甲醛模塑料的制备方法：
第一步：三聚氰胺甲醛树脂的合成将100质量份37％wt的甲醛用30％wt的氢氧化钠调节pH值为6～10，然后升温至50℃，加入30～100质量份三聚氰胺和2～30份的改性剂，继续升温至80～95℃，并在此温度下反应1～3小时后，降温并同时加入3～10质量份的甲醛捕捉剂，当温度降至60℃时，加入0.1～1质量份的三乙醇胺，然后在真空度0.01～0.3MPa下脱水20～40分钟后，出料备用，得到三聚氰胺甲醛树脂；所述的改性剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、对甲苯磺酰胺、双氰胺和苯代三聚氰胺中的一种或几种的任意比混合物；
第二步：树脂与增强材料捏合将上述树脂趁热和20～100质量份的增强材料同时投入具有双∑型搅拌桨的捏合机中捏合15～60min，得到湿料；所述的增强材料为杉木纤维素、α-纤维素，木质纤维素、麻纤维、岩棉纤维、竹纤维、杨木中的一种或几种的任意比混合物。
第三步：湿料干燥将上述湿料置于50～90℃下，真空度0.01～0.3MPa下真空干燥6～9小时，得干料。
第四步：干料球磨先将上述干物料用粉碎机中粉碎至40目左右，再加入2～10质量份的无机填料、0.1～2质量份的脱模剂于球磨机中球磨10～30小时，即得三聚氰胺甲醛模塑料。
所述的甲醛捕捉剂为三聚氰胺、尿素、己内酰胺、硫脲中的一种或几种的任意比混合物。
所述的脱模剂为月桂酸、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁中的一种或几种的任意比混合物。
所述的无机填料为碳酸钙、高岭土、滑石粉、立德粉、氧化铝和钛白粉中的一种或几种的任意比混合物。
有益效果：1.本发明在合成树脂时引入改性单体聚乙烯醇、聚乙二醇、对甲苯磺酰胺、双氰胺和苯代三聚氰胺等对三聚氰胺甲醛树脂进行改性，提高了模塑料的强度和韧性。弯曲强度＞90MPa，冲击强度＞1.8KJ/m2。
2.本发明通过控制三聚氰胺甲醛摩尔比，在反应末期加入甲醛捕捉剂，并使用真空脱水和真空干燥等工艺，有效的降低了模塑料的可提取甲醛含量。可提取甲醛含量低于10mg/L。
3.本发明通过使用聚乙二醇和苯代三聚氰胺等参加三聚氰胺甲醛的缩合反应，降低树脂的交联度，并拉大三嗪环之间的距离，从而提高了模塑制品的韧性；同时通过控制摩尔比，树脂反应末期加入甲醛吸收剂，有效的降低树脂中的游离甲醛，同时使用真空干燥进一步降低游离甲醛，最终值得的模塑试件具有较低的甲醛释放量。
具体实施方式
下面结合具体实例，对本发明作进一步详细阐述。
实施例1
将100质量份浓度为37％wt的甲醛投入反应釜内，用30％wt的氢氧化钠调节pH值为8.0，并升温至50℃时，投入56质量份的三聚氰胺和9质量份的苯代三聚氰胺，并继续升温至90℃，在此温度下反应1.5小时后，加入2质量份的三聚氰胺，并开始降温，当温度降至60℃时，加入0.2质量份的三乙醇胺，然后在0.2MPa的真空度下脱水25分钟后出料，趁热立即将三聚氰胺甲醛树脂与48质量份的α-纤维素投入具有双∑型搅拌桨的捏合机中捏合40分钟得到湿料，然后将湿料置于真空干燥箱内于50～90℃下，真空度0.01～0.3MPa下真空干燥7小时后得干料，用锤式粉碎机机粉碎，使物料全部过40目后，再加入4质量份的立德粉和0.1质量份的硬脂酸镁于球磨机中球磨18小时，出料包装。
实施例2
将100质量份浓度为37％wt的甲醛投入反应釜内，用30％wt的氢氧化钠调节pH值为7.5，并升温至50℃时，投入56质量份的三聚氰胺和10质量份的聚乙二醇，并继续升温至85℃，在此温度下反应2.5小时后，加入1.5质量份的三聚氰胺，并开始降温，当温度降至60℃时，加入0.2质量份的三乙醇胺，然后在0.2MPa的真空度下脱水15分钟后出料，趁热将三聚氰胺甲醛树脂与23质量份的杉木浆纤维素和23质量份的α-纤维素于捏合机中捏合40分钟，然后将湿料置于真空干燥箱内真空干燥7小时后得干料，用锤式粉碎机机粉碎，使物料全部过40目后，再加入3质量份的立德粉、1质量份的滑石粉和0.15质量份的硬脂酸镁于球磨机中球磨15小时，出料包装。
实施例3
将100质量份浓度为37％wt的甲醛投入反应釜内，用30％wt的氢氧化钠调节pH值为8.5，并升温至50℃时，投入51质量份的三聚氰胺和5质量份的聚乙二醇，并继续升温至90℃，在此温度下反应2小时后，加入4质量份的尿素，并开始降温，当温度降至60℃时，加入0.1质量份的三乙醇胺，然后在0.2MPa的真空度下脱水15分钟后出料，趁热将三聚氰胺甲醛树脂与42质量份的α-纤维素于捏合机中捏合40分钟，然后将湿料置于真空干燥箱内真空干燥8小时后得干料，用锤式粉碎机机粉碎，使物料全部过80目后，再加入3质量份的滑石粉、1质量份的钛白粉和0.2质量份的硬脂酸镁于球磨机中球磨17小时，出料包装。
实施例4
将100质量份浓度为37％wt的甲醛投入反应釜内，用30％wt的氢氧化钠调节pH值为9.0，并升温至50℃时，投入56质量份的三聚氰胺和6质量份的聚乙二醇，并继续升温至90℃，在此温度下反应2小时后，加入5质量份的尿素，并开始降温，当温度降至60℃时，加入0.15质量份的三乙醇胺，然后在0.2MPa的真空度下脱水15分钟后出料，趁热将三聚氰胺甲醛树脂与21质量份的α-纤维素和21质量份的岩棉纤维于捏合机中捏合40分钟，然后将湿料置于真空干燥箱内真空干燥8小时后得干料，用锤式粉碎机机粉碎，使物料全部过60目后，再加入3质量份的碳酸钙、1质量份的钛白粉和0.1质量份的硬脂酸锌于球磨机中球磨19小时，出料包装。
附表：三聚氰胺甲醛模塑料的测试结果
冲击强度(KJ/m2) 弯曲强度(MPa) 可提取甲醛(mg/L) 实例1 1.80 90.9 4.38 实例2 1.95 102.2 3.86 实例3 1.88 93.9 3.39 实例4 1.91 112.0 1.99
实施例5
将100质量份浓度为37％wt的甲醛投入反应釜内，用30％wt的氢氧化钠调节pH值为7.5，并升温至50℃时，投入56质量份的三聚氰胺和10质量份的聚乙烯醇、10质量份的对甲苯磺酰胺，并继续升温至85℃，在此温度下反应2.5小时后，加入1.5质量份的三聚氰胺，并开始降温，当温度降至60℃时，加入0.2质量份的三乙醇胺，然后在0.2MPa的真空度下脱水15分钟后出料，趁热将三聚氰胺甲醛树脂与23质量份的杉木浆纤维素和23质量份的α-纤维素于捏合机中捏合40分钟，然后将湿料置于真空干燥箱内真空干燥7小时后得干料，用锤式粉碎机机粉碎，使物料全部过40目后，再加入3质量份的立德粉、1质量份的滑石粉和0.15质量份的硬脂酸钙、1.85质量份的硬脂酸锌于球磨机中球磨15小时，出料包装。
实施例6
将100质量份浓度为37％wt的甲醛投入反应釜内，用30％wt的氢氧化钠调节pH值为8.5，并升温至50℃时，投入51质量份的三聚氰胺和5质量份的聚乙二醇和25质量份的双氰胺，并继续升温至90℃，在此温度下反应2小时后，加入4质量份的尿素，并开始降温，当温度降至60℃时，加入0.1质量份的三乙醇胺，然后在0.2MPa的真空度下脱水40分钟后出料，趁热将三聚氰胺甲醛树脂与42质量份的木质纤维素和20质量份的麻纤维、5质量份的竹纤维于捏合机中捏合40分钟，然后将湿料置于真空干燥箱内真空干燥8小时后得干料，用锤式粉碎机机粉碎，使物料全部过40目后，再加入3质量份的高岭土、1质量份的氧化铝和0.2质量份的硬脂酸及0.5质量份的月桂酸于球磨机中球磨17小时，出料包装。
实施例7
将100质量份浓度为37％wt的甲醛投入反应釜内，用30％wt的氢氧化钠调节pH值为9.0，并升温至50℃时，投入56质量份的三聚氰胺和6质量份的聚乙二醇，并继续升温至90℃，在此温度下反应2小时后，加入5质量份的己内酰胺和2质量份的硫脲，并开始降温，当温度降至60℃时，加入0.15质量份的三乙醇胺，然后在0.2MPa的真空度下脱水15分钟后出料，趁热将三聚氰胺甲醛树脂与21质量份的杨木和21质量份的岩棉纤维于捏合机中捏合40分钟，然后将湿料置于真空干燥箱内真空干燥8小时后得干料，用锤式粉碎机机粉碎，使物料全部过40目后，再加入3质量份的碳酸钙、1质量份的钛白粉和0.1质量份的硬脂酸锌于球磨机中球磨19小时，出料包装。
实施例1
将100质量份浓度为37％wt的甲醛投入反应釜内，用30％wt的氢氧化钠调节pH值为8.0，并升温至50℃时，投入56质量份的三聚氰胺和9质量份的苯代三聚氰胺，并继续升温至90℃，在此温度下反应1.5小时后，加入2质量份的三聚氰胺，并开始降温，当温度降至60℃时，加入0.2质量份的三乙醇胺，然后在0.2MPa的真空度下脱水25分钟后出料，趁热立即将三聚氰胺甲醛树脂与48质量份的α-纤维素投入具有双∑型搅拌桨的捏合机中捏合40分钟得到湿料，然后将湿料置于真空干燥箱内于50～90℃下，真空度0.01～0.3MPa下真空干燥7小时后得干料，用锤式粉碎机机粉碎，使物料全部过40目后，再加入4质量份的立德粉和0.1质量份的硬脂酸镁于球磨机中球磨18小时，出料包装。
实施例2
将100质量份浓度为37％wt的甲醛投入反应釜内，用30％wt的氢氧化钠调节pH值为7.5，并升温至50℃时，投入56质量份的三聚氰胺和10质量份的聚乙二醇，并继续升温至85℃，在此温度下反应2.5小时后，加入1.5质量份的三聚氰胺，并开始降温，当温度降至60℃时，加入0.2质量份的三乙醇胺，然后在0.2MPa的真空度下脱水15分钟后出料，趁热将三聚氰胺甲醛树脂与23质量份的杉木浆纤维素和23质量份的α-纤维素于捏合机中捏合40分钟，然后将湿料置于真空干燥箱内真空干燥7小时后得干料，用锤式粉碎机机粉碎，使物料全部过40目后，再加入3质量份的立德粉、1质量份的滑石粉和0.15质量份的硬脂酸镁于球磨机中球磨15小时，出料包装。
实施例3
将100质量份浓度为37％wt的甲醛投入反应釜内，用30％wt的氢氧化钠调节pH值为8.5，并升温至50℃时，投入51质量份的三聚氰胺和5质量份的聚乙二醇，并继续升温至90℃，在此温度下反应2小时后，加入4质量份的尿素，并开始降温，当温度降至60℃时，加入0.1质量份的三乙醇胺，然后在0.2MPa的真空度下脱水15分钟后出料，趁热将三聚氰胺甲醛树脂与42质量份的α-纤维素于捏合机中捏合40分钟，然后将湿料置于真空干燥箱内真空干燥8小时后得干料，用锤式粉碎机机粉碎，使物料全部过80目后，再加入3质量份的滑石粉、1质量份的钛白粉和0.2质量份的硬脂酸镁于球磨机中球磨17小时，出料包装。
实施例4
将100质量份浓度为37％wt的甲醛投入反应釜内，用30％wt的氢氧化钠调节pH值为9.0，并升温至50℃时，投入56质量份的三聚氰胺和6质量份的聚乙二醇，并继续升温至90℃，在此温度下反应2小时后，加入5质量份的尿素，并开始降温，当温度降至60℃时，加入0.15质量份的三乙醇胺，然后在0.2MPa的真空度下脱水15分钟后出料，趁热将三聚氰胺甲醛树脂与21质量份的α-纤维素和21质量份的岩棉纤维于捏合机中捏合40分钟，然后将湿料置于真空干燥箱内真空干燥8小时后得干料，用锤式粉碎机机粉碎，使物料全部过60目后，再加入3质量份的碳酸钙、1质量份的钛白粉和0.1质量份的硬脂酸锌于球磨机中球磨19小时，出料包装。
附表：三聚氰胺甲醛模塑料的测试结果
冲击强度(KJ/m2) 弯曲强度(MPa) 可提取甲醛(mg/L) 实例1 1.80 90.9 4.38 实例2 1.95 102.2 3.86 实例3 1.88 93.9 3.39 实例4 1.91 112.0 1.99
实施例5
将100质量份浓度为37％wt的甲醛投入反应釜内，用30％wt的氢氧化钠调节pH值为7.5，并升温至50℃时，投入56质量份的三聚氰胺和10质量份的聚乙烯醇、10质量份的对甲苯磺酰胺，并继续升温至85℃，在此温度下反应2.5小时后，加入1.5质量份的三聚氰胺，并开始降温，当温度降至60℃时，加入0.2质量份的三乙醇胺，然后在0.2MPa的真空度下脱水15分钟后出料，趁热将三聚氰胺甲醛树脂与23质量份的杉木浆纤维素和23质量份的α-纤维素于捏合机中捏合40分钟，然后将湿料置于真空干燥箱内真空干燥7小时后得干料，用锤式粉碎机机粉碎，使物料全部过40目后，再加入3质量份的立德粉、1质量份的滑石粉和0.15质量份的硬脂酸钙、1.85质量份的硬脂酸锌于球磨机中球磨15小时，出料包装。
实施例6
将100质量份浓度为37％wt的甲醛投入反应釜内，用30％wt的氢氧化钠调节pH值为8.5，并升温至50℃时，投入51质量份的三聚氰胺和5质量份的聚乙二醇和25质量份的双氰胺，并继续升温至90℃，在此温度下反应2小时后，加入4质量份的尿素，并开始降温，当温度降至60℃时，加入0.1质量份的三乙醇胺，然后在0.2MPa的真空度下脱水40分钟后出料，趁热将三聚氰胺甲醛树脂与42质量份的木质纤维素和20质量份的麻纤维、5质量份的竹纤维于捏合机中捏合40分钟，然后将湿料置于真空干燥箱内真空干燥8小时后得干料，用锤式粉碎机机粉碎，使物料全部过40目后，再加入3质量份的高岭土、1质量份的氧化铝和0.2质量份的硬脂酸及0.5质量份的月桂酸于球磨机中球磨17小时，出料包装。
实施例7
将100质量份浓度为37％wt的甲醛投入反应釜内，用30％wt的氢氧化钠调节pH值为9.0，并升温至50℃时，投入56质量份的三聚氰胺和6质量份的聚乙二醇，并继续升温至90℃，在此温度下反应2小时后，加入5质量份的己内酰胺和2质量份的硫脲，并开始降温，当温度降至60℃时，加入0.15质量份的三乙醇胺，然后在0.2MPa的真空度下脱水15分钟后出料，趁热将三聚氰胺甲醛树脂与21质量份的杨木和21质量份的岩棉纤维于捏合机中捏合40分钟，然后将湿料置于真空干燥箱内真空干燥8小时后得干料，用锤式粉碎机机粉碎，使物料全部过40目后，再加入3质量份的碳酸钙、1质量份的钛白粉和0.1质量份的硬脂酸锌于球磨机中球磨19小时，出料包装。