工大学材料系料与工程实验６ 脲醛树脂的制备(缩聚反应)
一、目的要求
1. 了解缩聚反应的原理。
2. 熟悉脲醛树脂的制备方法
3. 了解醛树脂的用途。
二、原理
脲醛树脂是由尿素和甲醛(一般用甲醛水溶液)缩合得到的热固性树脂，是俗称氨基树脂中的主要品种，也是热固性塑料中产量较大的一个品种，它的主要用途是做粘合剂，用于粘结木材(如胶合板)和层压塑料；其次是制模塑粉，生产各种机械制件，食品用具、文具等。其制品的特点是色彩鲜艳，表面硬度较好，其缺点是吸水性大，耐冲击和耐温都较低。
脲醛树脂的缩聚反应及其结构非常复杂，它的反应因尿素和甲醛的比例，溶液的pH 值以及反应温度的不同而不同。—般尿素与甲醛的摩尔比1：1.3～2.0为宜。为调节反应的PH 值，常加入氢氧化钠或六次甲基四胺。根据要求，控制缩聚反应进行的程度，可制成线型的（A 阶段)，支链型的(B 阶段)，以及体型的(C 阶段)各种不同结构的树脂。在实际生产中，总是将缩聚反应控制在A 阶段，最多不超过B 阶段，只是在最后一步产品成型中才使缩聚进行到C 阶段，即形成体型结构。
所谓体型聚合是指某一2官能度的单体和另一2官能度以上的单体缩聚时，先产生支链，然后进一步交联成体型结构的缩聚过程。
尿素与甲醛的反应，是工业上常用的缩聚反应之一。该反应常受pH 值的影响较大，在中性或弱碱性(PH ＝7～8)时，可得第一阶段的一或二羟甲基脲。
22OH 2OH
一羟甲基脲二羟甲基脲
一羟甲基脲相互反应，可得直线状的聚亚甲基脲：
222OH 22n
二羟甲基脲相互反应，可得环状的聚亚甲基脲：
N
CH 2N CH 2N CH 2N CH 2N
CH 2N CH 2CO
CO CO 尿素与甲醛在中性或弱酸性（PH ＝5～7）中反应，可得亲水性树酯，将此树脂以脱
安徽理工大学材
料
系高分子材料与工程水处理，可得到很高熔点的玻璃状结构。初期的缩聚合反应所生成的为线型的结构。
N CO 2OH
NH CH 2NH CO NH CH 2N CO N 2OH H
体型结构是由羟甲基和亚胺基反应形成亚甲基或两个羟甲基间反应形成醚链而得。 N CH 2OH
H 2C HN OC N
CH 2
N OC CH 2N CO
2OH
N CO CH 2NH CH 2O CH 2N CO NH CH 2 或 脲醛树脂可用于粘合剂上，特别是人造板的生产上，另外还应用于、纸加工、涂料、成形材料等。 三、主要试剂和仪器 搅拌马达；三口瓶； 尿素；甲醛；氢氧化钠(或六次甲基四胺)。 四、实验步骤 1. 经典合成法 在三口烧瓶中加入37％甲醛80mL ，并用5％氢氧化钠溶液调PH 为7.0～7.5。再加入30g 尿素，边搅拌边升温。温度升至90～92℃时，保温反应30分钟。此时pH 降至6～6.5。用氯化铵溶液调pH 值为4.2～4.5，在9℃～92℃下缩聚30分钟。当与水混合呈乳白色时，停止反应，用5％Na0H 溶液中和至pH 为6.5～7.0，并冷却至70℃左右。取下回流冷凝管和分液漏斗，改用回流装置为减压蒸馏装置，在4～13kPa 、60～70℃下脱水，当脱水量达计算量时，停止脱水，降温后即得脲醛树脂。 本方法制备是乳白色不透明的脲醛树脂的，由于尿素为下一步加入，制备出的脲醛树脂中游离甲醛的含量较高。 2. 分步合成法 将55ml(37％)甲醛加入三口烧瓶内。开动搅拌器，以氢氧化钠(30％溶液)调节PH 至9.0，升温到40℃，加入尿素18.75g(总量的75％)，控制加温速度，在30分钟内加热到90℃，当温度升到70℃时，测定PH 值为7.6～7.2(实验中要注意反应液的自升温)。反应液在90℃继续恒温反应30分钟，测定PH 值应为6.1～6.8(此时如果不在该范围内时，应调节至6.1～6.8)；继续在90℃下恒温反应30分钟，加入尿素的剩余量6.25g(占总量的25％)，90℃保温继续反应至出现浑浊乳白色，并用氯化铵(20％的水溶液)调节PH 至5.6～5.8，再继续保温20分钟结束反应。 本方法制备是乳白色不透明的脲醛树脂的，由于尿素为多步加入，制备出的脲醛树脂中游离甲醛的含量较低。 实验注意事项： 1. 严格控制PH 值，使先在微碱性中制得羟甲基化合物，再使PH 值微酸性，得到适宜聚合度的产物。 2. 用回流冷凝管，防止HCOH 挥发，严格控温，不断搅拌。甲醛过量很多，起反应和溶剂的作用。 3. 尿素分二次加入，可使甲醛与尿素康健反应，大大减小树脂中游离甲醛的含量。
