脲醛树脂

脲醛树脂又称尿素甲醛树脂，是一种无色、无臭、无毒、透明的热固性树脂，变定前能溶于水，易固化，固化时放出低分子物、耐光性优良，长时间使用后不变色，成型时受热固化亦不变色，能耐矿物油。由尿素H2NNH2和甲醛按一定配比再加少量的正离子改性剂(四乙撑五胺)、甘油和固化剂(六甲撑四胺)在弱酸的条件下进行反应而成，低分子量的为能溶于水的无色透明至浅白色液体；高分子量的为白色固体。比重1.48～1.52，热变形温度在128～138℃，176℃开始热解，并释放出甲醛。当加热到200℃以上时，则逸出CO，CO2，NH3及氰化物等热解产物。用适当的催化剂可以固化，产物为无味、耐光性良好的固体。耐水性、耐老化性及机械强度略次于酚醛树脂。在未固化的浆料中加入填料等可制得压塑粉，因着色性好，可制造色彩鲜艳的日用品而著称。主要用作塑料、涂料、胶粘剂、日用品、织物和纸张处理剂。

图1为脲醛树脂分子结构式。
脲醛树脂由其用途的不同而用不同方法生产。脲和甲醛以摩尔比1：1.5～1.6配料，在草酸催化下，在弱酸性水溶液中生成模塑粉用树脂，在与填料、颜料及其他添加剂混合后烘干、粉碎、研磨并造粒，即得脲醛模塑粉(或称压塑粉)。价廉而色彩鲜艳，耐油，不受弱碱和有机溶剂影响。主要用来制造日用品及对耐水性和电气性能要求不高的工业品。脲和甲醛在摩尔比1：1.8～2.5时，在弱酸性水溶液中可制造低分子脲醛树脂溶液。可用于制造粘合剂，是粘合剂中用量最大的品种，广泛用于木材加工行业，也可用于浸渍纸张，经改性后还可浸渍织物。用丁醇改性的脲醛树脂可以用来改进醇酸树脂涂料涂层的硬度和耐水性。另外，用空气作泡沫的高度交联脲醛塑料，可隔音、隔热且非常耐燃，常用作隔热板等建筑材料。为提高脲醛树脂的耐水性，常用三聚腈胺共缩聚进行改性。尿素与甲醛都是富于反应活性的物质，尿素是阴离子反应体，甲醛是阳离子反应体。尿素和甲醛之间的反应分为两个阶段：第一阶段是在中性或弱碱性介质中，首先进行加成(羟甲基化)反应，生成一羟、二羟和三羟甲基。第二阶段是在酸性介质中，羟甲基化合物之间脱水缩合，生成水溶性树脂，此树脂状产物在加热或酸性固化剂存在下即转变成体型树脂。
(1) 加成反应
1.1 在中性或弱碱性介质中，尿素和甲醛首先进行加成(羟甲基化)反应，生成初期中间体一羟，然后再生成二羟，这些羟甲基衍生物是构成未来缩聚产物的单体。
1.2 1摩尔的尿素与不足1摩尔的甲醛进行反应，生成一羟甲脲；1摩尔的尿素与大于1摩尔的甲醛进行反应生成二羟甲脲；当甲醛过量时还可以进一步生成三羟甲脲、四羟甲脲。
(2) 缩聚反应
合成脲醛树脂时的缩聚反应 (或树脂化反应) 是羟甲基化合物形成大分子的反应。在酸性或碱性条件下都可以进行，但在碱性条件下，缩聚反应速度非常慢，工业上均在弱酸性条件下进行。
2.1 甲醛的水合物甲二醇在氢离子存在下生成羟甲基阳离子—CH2OH，这个阳离子与尿素中氮的非共有电子对配位，再使H+脱离，生成一羟甲脲。
2.2 羟甲脲脱水生成亚甲基脲，亚甲基脲与尿素结合生成亚甲基二脲，即进行如下的缩合反应。
2.3 尿素的NH2基发生羟甲基化或者亚甲基化，NH2基变为NH基，NH基也和CH2OH基反应，这样不仅是直链分子发生分支生成高分子直到构成网状结构，但羟甲基和羟甲基之间会生成亚甲基醚键，加热脱除甲醛生成亚甲基。
上述三种反应以第一种反应最为可能。随着树脂化反应的继续进行，分子逐渐增大，黏度也随缩聚程度的增大而增大。分子量一般700左右，分子中含有具有活性的羟甲基和氢离子，为线性结构。
此外，脲醛树脂在适当的pH和温度下，固化的产物也还存在亲水性的游离羟甲基，这是脲醛树脂耐水性差的原因。该树脂属于低毒品或无毒品。主要是热解产物甲醛等，能刺激呼吸道和皮肤，应予以注意。脲醛树脂是目前造纸业中比较普遍使用的一种湿强剂，由于聚酰胺环氧树脂湿强剂的推广使用，用量已渐减少。因价格较低，仍有许多企业继续使用。纺织业中用作棉织物的防皱防缩整理剂，并能增加织物的染色牢度。其它行业中所用脲醛树脂与此处介绍的品种有较大差别。
脲醛树脂可以加到纸料中或用于纸张的表面施胶。
(1) 脲醛树脂加到纸料中
作为湿强剂，液态的脲醛树脂可直接加到打浆机，或加入到纸料制备系统或抄纸系统的设备中，例如，配浆箱、轴流泵、筛选机、网前箱等。脲醛树脂作为湿强剂的用量为绝干纤维重量的0.4～4.0%，加入时浓度为5～10%左右。
(2) 脲醛树脂作为表面施胶剂
用脲醛树脂对纸张进行表面施胶一般是在水平辊式装置或施 胶槽内完成。树脂用量约为纸张重量的1.5～2.0%，施胶时树脂液的浓度约为1～5%。有的造纸厂将脲醛树脂与氧化淀粉混合起来使用，例如，在生产定量为80g/m2的晒图原纸时是采用75%氧化淀粉和25%脲醛树脂的混合胶液进行表面施胶的。为使脲醛树脂在纸浆中具有较高的留着率，相应地提高纸张 的湿强度，则可在脲醛树脂的聚合过程中添加某些改性剂，使制得的树脂具有阳电荷。常用的改性剂有乙烯多胺化合物、甲胺、 胺吡啶等。这些改性剂的用量一般均很少，如以0.05～0.2mol(对1mol脲素)的用量，就可使脲醛树脂改性，而获得的树脂与三聚氰胺甲醛树脂有类似的效果，并且成本较低，损纸的处理也较容易。
1、乙二胺改性脲醛树脂是一种阳离子型树脂，由于它是阳离子型，为此比未改性的脲醛树脂的增湿强效果显著。另外，它还具有较好的水溶性、不易凝胶、制造方便和价格低廉等特点。
2、多元胺改性脲醛树脂也是一种阳离子型树脂，由于它有两个 活性基团，为此增湿强的效果显著，此外，它还具有pH值的适 用范围宽和良好稳定性等优点。如果多元胺改性脲醛树脂具有足够的分子量，则当将其加入 纸浆后经过固化，则树脂成网状体型结构，即树脂分子与纸浆纤 维纵横联结起来，从而使纸张的湿强度显著增加。
3、改性亚硫酸钠脲醛树脂：为使脲醛树脂具有更大的溶解度和增强其湿强度效果，可在树脂化反应过程中，加入0.2～0.5mol(对1mol脲素)的NaHSO3，使树脂聚合和亚甲基磺化作用同时进行，而得到下列结构式的脲醛树脂。经亚甲基磺化的脲醛和原有的脲醛树脂相同，仍是阴离子型的，对纤维的吸附力较差，因之在纸浆中的存留率仍是不高的。

图2为改性亚硫酸钠脲醛树脂分子结构式。脲醛树脂胶粘剂是尿素和甲醛在少量催化剂 (碱性催化剂有氨水、苛性钠、碳酸钠和磷酸钠等，酸性催化剂有甲酸、乙二酸、醋酸和盐酸等) 存在下缩聚而制得粘稠状的初期脲醛树脂。使用时加入固化剂，形成不溶不熔的体形交联结构。
脲醛胶还有粉状的，系由液状脲醛树脂经过喷雾干燥后制得，存放期较长，一般可存放1～2年之久。
脲醛树脂胶粘剂与酚醛树脂胶粘剂比较，脲醛树脂胶的优缺点如下所述。
1. 脲醛树脂胶的优点
①为无色透明的液体或乳白色液体，对胶粘物件没有污染性。
②毒性较少、透光性好。
③价格低廉、使用方便。
2. 脲醛胶的缺点
① 胶中含有游离甲醛、胶层易老化。
② 耐水性、强度较酚醛胶低。本信息由Chemicalbook晓楠编辑（2015-08-06）。

脲醛树脂所含的游离甲酸具有毒性，树脂中的游离甲醛含量越低，其毒性就越小。

无色到浅色液体或白色固体，无味，硬度高，耐油、抗霉、耐光性好。用于木材、胶合板、家具制造、农机具修理及其他竹木材料的粘接剂，织物和纸张的处理剂，还可用于塑制民用电器、瓶盖和钮扣等日用品。用于制造纤维板、泡花板及竹器木材胶粘剂，也用于织物和纸张处理剂等;用于制瓶盖和钮扣等日用品;用于木材、胶合板、家具制造，农机具修理及其他竹木材料的粘结剂生产人造板用于木材、胶合板、家具制造，农机具修理及其他竹木材料的粘结剂用于生产民用电器面板、零件用于压制民用电器制件、日用制件、机械配件、各式钮扣、器皿把手、旋钮、装饰件等用于制瓶盖和钮扣等日用品用于压制或注射电器、仪器外壳及民用电器模板、零件等用于制造粘合剂用于木材粘接剂、水库、钻井堵漏剂、纺织物整理剂由脲（尿素）与甲醛缩聚成低分子量的初产物溶液，再经真空干燥而成为固体。