全 文 ：第 52 卷 第 1 期
2 0 1 6 年 1 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 52，No. 1
Jan．，2 0 1 6
doi:10．11707 / j．1001-7488．20160112
收稿日期: 2015 － 03 － 18; 修回日期: 2015 － 07 － 29。
基金项目: 黑龙江省自然科学基金项目(C201404)。
* 顾继友为通讯作者。
快速固化低甲醛释放脲醛树脂的催化剂研究*
文美玲 朱丽滨 张彦华 谭海彦 顾继友
(东北林业大学材料科学与工程学院 哈尔滨 150040)
摘 要: 【目的】当尿素 /甲醛物质的量比降低时，合成的脲醛树脂甲醛释放量大幅度减少，但同时板材强度也大
幅度下降;加入三聚氰胺改性后可克服低摩尔比树脂胶结性能较差的劣势，但是制备过程中尿素 /甲醛摩尔比的降
低以及三聚氰胺的加入都会导致树脂固化时间延长，添加固化剂的改善效果不明显。本研究探讨加入催化剂对树
脂胶接固化性能的影响，以期为后续研究提供理论依据。【方法】在脲醛树脂合成过程中加入不同种类的催化剂，
比较添加催化剂前后树脂的物化性能，包括固含量、固化时间、游离甲醛含量和羟甲基含量，并对树脂进行 DSC 固
化动力学分析计算树脂的固化反应活化能，DEA 树脂固化特性分析研究树脂固化过程，以及对树脂 FTIＲ 红外谱图
进行分析比较添加不同添加剂后树脂官能团的变化，来选择适当的催化剂，以期缩短树脂固化时间，提高固化速
度，解决低甲醛释放脲醛树脂固化速度慢、影响生产效率的问题。【结果】在加成阶段加入氯化铵、硼酸铵、磷酸铵
和硫酸铵后，低摩尔比脲醛树脂的固化速度都明显提高，固化时间为 80 ～ 92 s，均少于添加催化剂之前树脂的固化
时间 96 s; 4 种催化剂均起到了降低固化反应活化能的作用，其中硼酸铵、硫酸铵降低固化反应活化能的作用最显
著，固化反应活化能分别为 62. 31 和 62. 02 kJ·mol － 1，明显低于未添加催化剂的脲醛树脂固化反应活化能(68. 25
kJ·mol － 1 ); 根据 DEA 分析结果，4 种催化剂均有明显加速树脂固化的作用，其中硼酸铵、硫酸铵对树脂固化速率的
提高最大; 加入 4 种催化剂后，热压制备的胶合板板材强度基本不变，甲醛释放量低于未添加固化剂脲醛树脂胶合
板的甲醛释放量 0. 37 mg·L － 1。【结论】以硫酸铵为催化剂的脲醛树脂制备的胶合板，树脂的固化反应活化能降低
幅度较大，固化时间明显缩短，可有效提高低摩尔比脲醛树脂的固化速度，并可降低其胶接制品的游离甲醛释放
量，用其制备的胶合板甲醛释放量达到日本 JIS 标准的 F 四星级，为改性效果最佳的催化剂。
关键词: 低甲醛释放脲醛树脂合成反应催化剂; DSC; DEA; 固化速度; FTIＲ
中图分类号:TQ433. 4 + 31 文献标识码:A 文章编号:1001 － 7488(2016)01 － 0099 － 07
Activator of Urea-Formaldehyde Ｒesin Adhesive with Expediting
Setting and Low-Formaldehyde-Emission
Wen Meiling Zhu Libin Zhang Yanhua Tan Haiyan Gu Jiyou
(College of Materials Science and Technology，Northeast Forestry University Harbin 150040)
Abstract: 【Objective】Urea-formaldehyde resin adhesive was the most widely used adhesive in the world． When the
molar ratio of urea / formaldehyde reduced，the corresponding formaldehyde-emission decreased greatly，but at the same
time the strength of plywood also declined dramatically． Therefore，many researches showed that the adhesives modified by
melamine can effectively reduce formaldehyde-emission，and the wet strength of adhesives with low molar ratio was
improved． However，low-formaldehyde-emission urea-formaldehyde resin modified by melamine resulted in extending the
gel time，which cannot be solved by adding curing agent． 【Method】Aiming at shortening the curing time and enhance
production efficiency，different activators in urea-formaldehyde were studied by analyzing solid content，curing time，free
formaldehyde content and hydroxymethyl content． DSC was applied on the dynamic analysis of curing reaction． DEA was
used to investigate the resin curing process． moreover，FTIＲ analysis was also carried out to compare functional groups
after adding different additives to select an appropriate catalyst for shorting the resin curing time and reducing
formaldehyde-emission．【Ｒesult】Adding the ammonium chloride， ammonium boric acid， ammonium phosphate and
ammonium sulfate respectively during addition polymerization，the curing rate of low molar ratio urea-formaldehyde resin
was all improved significantly． Four kinds of activators had played an significant role in reducing the curing reaction
林 业 科 学 52 卷
activation energy，especially for the ammonium boric acid and ammonium sulfate． According to the results of DEA，four
kinds of activators obviously accelerated resin curing，particularly for the ammonium boric acid and ammonium sulfate．
After adding four kinds of activators，the strength of hot-pressing plywood almost remain unchanged and formaldehyde-
emission reduced．【Conclusion】when the amount of (NH4 ) 2 SO4 was 0． 3% of the total weight during addition stage，the
activation energy of the cure reaction was greatly decreased，and the curing time was also considerably reduced． Moreover，
the formaldehyde emission of the plywood can meet the requirement of F＊＊＊＊ for JIS．
Key words: activators for urea-formaldehyde resin with low-formaldehyde-emission; DSC; DEA; curing rate; FTIＲ
我国人造板产量占世界的 60%，木材加工行业
胶黏剂用量达 1 500 万 t，其中脲醛树脂由于价格低
廉、胶接性能优良、操作性能好等优势，使用比例达
90%以上。但脲醛树脂一般具有较高的甲醛释放
量，因此世界范围内一直致力于提高其环保性能，降
低甲醛释放量 ( Paiva et al．，2012; 哈斯朝鲁等，
2003; 李彦涛等，2004)。20 世纪日本的 E0标准甲
醛释放量为 0. 5 mg·L － 1，2000 年将甲醛释放量达
到 0. 3 mg·L － 1的板材称为 F 四星级板材，在国际上
属于最高环保等级，并把 F 四星级人造板或木制品
定位为无公害产品。当尿素 /甲醛物质的量比降低
到 1 ∶ 1以下时，甲醛释放量可以达到 F 四星级，但板
材强度却大幅度下降(包学耕等，2014)。因此，在
前期研究中，加入三聚氰胺改性，并通过调节合成工
艺中温度的控制，不但能够有效降低板材的甲醛释
放，而且克服了低摩尔比树脂胶接性能较差的劣势，
使得胶接强度达到国家标准; 但是制备过程中尿
素 /甲醛摩尔比的降低以及三聚氰胺的加入导致了
树脂固化时间延长，不利于脲醛树脂的快速固化
(Pizzi et al．，1994; 范东斌等，2006; 郑云武等，
2012)。这是由于三聚氰胺的加入，一方面降低了
树脂的游离甲醛含量，另一方面随着三聚氰胺羟甲
基化反应，其 N 原子的亲核性增强，反应活性随之
加强，而尿素则恰恰相反，这就使得三聚氰胺的加入
降低了树脂的固化速度(金立维等，2005)。
本研究采用不同催化剂催化脲醛树脂的合成反
应，比较树脂基本物化性能，通过固化动力学分析和
动态介电分析(DEA)，探讨不同催化剂对树脂固化
性能的影响，在较低的物质的量比条件下生产低甲
醛释放快速固化的人造板用环保型 UF，提高低甲醛
释放 UF 胶黏剂的固化速度，从而为提高人造板热
压生产效率提供参考依据。
1 材料与方法
1. 1 主要原料及规格
甲醛，工业级，黑龙江省林科院邦德胶黏剂有限
公司; 尿素，工业级，山东联盟化工有限公司; 三聚
氰胺，工业级，盘锦中润化工有限公司; 聚乙烯醇
(PVA1799)，分析纯，天津市风船化学试剂科技有限
公司; 甲酸(HCOOH)，分析纯，天津科密欧化学试剂
开发中心; 氢氧化钠(NaOH)，分析纯，天津市东丽区
天大化学试剂厂;氯化铵、硼酸铵、磷酸铵、硫酸铵，
均为分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司。
1. 2 试验仪器
DSC-204 型差示扫描量热仪，德国耐驰公司;
MagnaIＲ-560ESP 型傅里叶变换红外光谱仪，美国
Nicolet 公司; pH-25 型 pH 计，上海精密仪器厂; 介
电分析仪(DEA)，美国 TA 公司; SANSI 万能力学试
验机。
1. 3 脲醛树脂合成
合成条件:n( F) ∶ n(U) = 0. 96 ∶ 1，尿素分 4 次
加入; 催化剂加入量为原料总量的 0. 3%，M(三聚
氰胺)含量为尿素总质量的 6%，三聚氰胺分 3 次加
入。具体制备工艺如下:
1) 将甲醛溶液加入到反应釜中，调节 pH 至
8. 4 ～ 8. 6，加入第 1 批尿素和三聚氰胺、聚乙烯醇以
及催化剂，升温至规定温度反应若干时间;
2) 加入第 2 批尿素和三聚氰胺，调节温度和
pH 值，反应一段时间;
3) 加入第 3 批尿素和三聚氰胺，缩聚至规定
黏度;
4) 调节 pH 至 7. 5，加入第 4 批尿素，降低温
度，调节 pH 至 8. 0 ～ 8. 5，出料。
1. 4 胶合板制备
胶合板材料:单板为杨木，厚度 1. 5 mm，幅面尺
寸为 300 mm × 300 mm，压制 3 层胶合板。
热压工艺参数:3 层胶合板，芯板涂胶量(双面)
为 260 ～ 280 g·m － 2，涂胶后陈化 30 min。预压
30 min，单位压力为 1 MPa; 热压温度 120 ℃，热压
时间 60 s·mm － 1，单位压力为 1. 2 MPa。
1. 5 测试与表征
按照 GB /T 14074—2006 标准测定脲醛树脂的
001
第 1 期 文美玲等: 快速固化低甲醛释放脲醛树脂的催化剂研究
物化性能。其中游离甲醛的测定方法为:取20 mL
15%亚硫酸钠溶液于 250 mL 锥形瓶中，加 2 滴草酚
酞指示剂，滴入氢氧化钠恰使溶液呈微蓝色，放入冰
水中冷却至 0 ～ 4 ℃ ; 在另一个 250 mL 锥形瓶内，
称取试样 5 g 左右 (精确至 0. 00 g 以上 )，加入
50 mL蒸馏水，轻轻震荡使试样很好地溶解，放入冰
水中冷却至 0 ～ 4 ℃，加入 2 滴草酚酞指示剂，用滴
定管逐渐滴入氢氧化钠恰使溶液呈微蓝色。用移液
管加入 10. 00 mL 0. 5mol·L － 1左右的 HCL 溶液，再
放入冰水中。在溶液中滴加草酚酞指示剂 15 ～ 20
滴，并迅速加入上述中和了的 15% 亚硫酸钠溶液，
用 0. 1 mol·L － 1氢氧化钠溶液滴定至溶液刚出现蓝
色时为止。按照上述操作重复分析 3 次，并以
50 mL蒸馏水代替试样进行空白试验。
采用差示扫描量热(DSC)表征固化反应特性，
按照 GB /T 14074—2006 标准配置固化剂和胶黏剂，
升温速率为 2. 5，5，7. 5，10，12. 5 ℃·min － 1，升温范
围为室温 ～ 180 ℃，氮气保护。
采用 DEA 表征固化反应速度特性，在传感器侧
均匀涂布薄层胶黏剂，按照 GB /T 14074—2006 标准
配置固化剂和胶黏剂，升温速率为 5 ℃·min － 1，升温
范围为室温 180 ℃。
胶合板甲醛释放量和胶合强度试件按 GB /T
9846. 5—2004 标准进行测试。胶合板调胶质量配
比为树脂 ∶面粉 ∶水 = 100 ∶ 15 ∶ 5。固化剂加入量为 6
mL·(100 g) － 1脲醛树脂胶黏剂，施胶量为 280 ～ 320
g·m2(双面)。每种胶分别重复制备 3 次，并压制 2
块 3 层胶合板(300 mm × 300 mm)用于测试强度和
甲醛释放量。
1. 6 固化动力学研究
根据 Kissinger 理论，非等温动力学方程如下:
ln β
T2p
= ln AＲ
E a
－
E a
ＲT
。
式中:β 为升温速率; Tp为固化反应峰值温度; E a为
固化反应表观活化能。
对 1 /T 求导数，得:
d ln β
T2( )[ ]p
d 1
T( )p
= －
E a
Ｒ
。
以不同的升温速率测得树脂的固化峰值温度
Tp，再令:
y = － ln β
T2( )p ，x = 1Tp，
建立 y 与 x 的线性方程:
y = a + bx。
将求得的一组 x，y 值代入，经线性回归得到 b
后求得 E a，或以 － ln(β /Tp
2 )对 1 /Tp作图，由直线的
斜率求得 E a。Kissinger 方法假设在 DSC 吸热峰顶
时，体系的固化反应速率达到最大值，而且与加热速
率无关。
2 结果与分析
2. 1 树脂基本性能分析
通过比较表 1 中 3 次重复试验获得的平均值和
标准差，可以看出脲醛树脂胶黏剂在加入催化剂后，
固含量略微增加，但固化时间明显减少，这与游离甲
醛含量的增加、羟甲基含量的适当增多不无关系。
催化剂的加入，一方面提供 NH4
+，水解后降低
树脂 pH，使加成及缩聚反应充分进行，产生大量一
羟甲基脲、二羟甲基脲等产物，树脂中羟甲基含量均
提高; 另一方面，催化剂中的另一部分，尤其是当这
一部分为离子型官能团时，可能会作为甲醛的类似
物参与到反应中，由于其特殊的分子结构，因而对脲
醛树脂的各方面性能都产生一定影响。
2. 2 改性 UF 树脂非等温固化反应动力学
有关数据见表 2 ～ 4。以 － ln( β /Tp
2 )对 1 /Tp作
图，从图 1 中可以看出，对添加不同催化剂制备的脲
醛树脂固化动力学分析表明，4 种催化剂都有降低
树脂固化反应过程中反应活化能的作用。在第 2 种
和第 4 种催化剂体系下，UF2 和 UF4 两种低甲醛释
放脲醛树脂固化反应活化能明显低于其他 2 种催化
剂体系，有利于树脂的快速固化，这一结果与表 1 中
固化时间的长短相吻合。
在催化反应过程中，4 种催化剂都能在反应过
程中生成酸，同时催化剂中的铵根离子与甲醛反应
也生成酸，促使树脂充分反应。氯化铵作为催化剂
的主要作用是降低反应体系 pH 值，同时与尿素共
同作用于甲醛，有利于树脂大分子的快速形成。硼
酸铵作为催化剂时，在酸性及水存在的条件下，生成
极弱酸硼酸。硼酸与树脂中羟甲基脲等含有多羟基
的化合物反应，2 个羟基可能与硼酸形成稳定的六
元环，进而使反应体系中大分子结构显著增多; 同
时，利用其缺电子的特性，硼酸形成六元环后，配合
作用增强，硼酸的酸性提高，又促进了脲醛树脂的进
一步缩聚反应。以磷酸铵为催化剂时，在加热条件
下，生成磷酸，降低了反应体系 pH 值，促进了脲醛
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林 业 科 学 52 卷
树脂的合成;同时由于磷酸为三元中强酸，在整个反
应过程中可以一直产生 H +，促使反应加速进行。
以硫酸铵为催化剂时，与磷酸铵作用相似，有增强反
应体系酸性的作用，并且生成的硫酸为强酸，因此尤
其在缩聚阶段对反应体系的影响比其他酸更明显。
由于硫酸根离子对称的分子结构，能够充分与羟甲
基脲等反应，起到一定的交联作用。
表 1 不同催化剂对树脂基本指标的影响
Tab． 1 Effects on properties index of UF adhesive with different catalysts
树脂 Adhesive
固含量
Solid content (% )
固化时间
Curing time / s
游离甲醛含量
Free formaldehyde content(% )
羟甲基含量
Hydroxymethyl content(% )
平均值
Mean
标准差
SD
平均值
Mean
标准差
SD
平均值
Mean
标准差
SD
平均值
Mean
标准差
SD
UF 55. 27 0. 18 96. 5 0. 31 0. 074 0. 010 8. 97 0. 12
UF-NH4 Cl(UF1) 55. 30 0. 13 92 0. 38 0. 082 0. 007 9. 21 0. 09
UF-NH4 HB4 O7·3H2 O (UF2) 55. 68 0. 16 80 0. 41 0. 084 0. 013 9. 23 0. 13
UF-(NH4 ) 3 PO4·3H2 O (UF3) 55. 57 0. 19 86 0. 32 0. 153 0. 009 9. 74 0. 14
UF-(NH4 ) 2 SO4 (UF4) 55. 67 0. 16 85 0. 37 0. 159 0. 011 9. 14 0. 08
表 2 不同升温速率下 UF 的 DSC 测试结果
Tab． 2 The results of DSC analysis of UF at different heating rates
UF-G
β /(K·min － 1 ) 2. 5 5 7. 5 10 12. 5
Tp /K 353. 55 362. 95 368. 95 373. 75 377. 65
1 /Tp 0. 002 83 0. 002 76 0. 002 71 0. 002 69 0. 002 65
－ ln( β / Tp
2 ) 10. 820 10. 179 9. 806 9. 545 9. 342
E a /( kJ·mol
－ 1 ) 68. 25
表 3 不同升温速率下 UF1 和 UF2 的 DSC 测试结果
Tab． 3 The results of DSC analysis of UF1 and UF2 at different heating rates
β /(K·min － 1 )
UF1-G UF2-G
2. 5 5 7. 5 10 12. 5 2. 5 5 7. 5 10 12. 5
Tp /K 351. 75 360. 85 367. 15 372. 35 376. 55 351. 55 361. 95 367. 15 373. 55 377. 65
1 /Tp 0. 002 84 0. 002 77 0. 002 73 0. 002 69 0. 002 66 0. 002 84 0. 002 76 0. 002 72 0. 002 68 0. 002 65
－ ln( β / Tp
2 ) 10. 810 10. 167 9. 797 9. 537 9. 336 10. 808 10. 174 9. 797 9. 544 9. 342
E a /( kJ·mol
－ 1 ) 65. 37 62. 31
表 4 不同升温速率下 UF3 和 UF4 的 DSC 测试结果
Tab． 4 The results of DSC analysis of UF3 and UF4 at different heating rates
β /(K·min － 1 )
UF3-G UF4-G
2. 5 5 7. 5 10 12. 5 2. 5 5 7. 5 10 12. 5
Tp /K 352. 35 361. 55 369. 15 374. 05 377. 75 352. 85 362. 15 368. 95 374. 35 379. 15
1 /Tp 0. 002 84 0. 002 77 0. 002 71 0. 002 67 0. 002 65 0. 002 83 0. 002 76 0. 002 71 0. 002 67 0. 002 64
－ ln( β / Tp
2 ) 10. 813 10. 171 9. 808 9. 546 9. 343 10. 816 10. 175 9. 806 9. 548 9. 350
E a /( kJ·mol
－ 1 ) 62. 90 62. 02
2. 3 DEA 的改性 UF 树脂固化特性分析
当交变电压外加到脲醛树脂试样上时，在电场
作用下，极性基团偶极矩力沿电场方向发生旋转并
取向。因为这些极性基团是连接到脲醛树脂大分子
上的，这样就限制了它们的迁移，因此偶极矩自由旋
转的程度与其在聚合物中自由运动的程度有密切关
系。当固化反应时，其结果总是增加对偶极矩迁移
的约束(涂适存等，1983)。
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第 1 期 文美玲等: 快速固化低甲醛释放脲醛树脂的催化剂研究
图 1 加入不同催化剂 UF 的 － ln(β / Tp
2 ) ～ 1 /Tp
Fig． 1 － ln( β / Tp
2 ) ～ 1 /Tp of UF adhesive with different catalysts
从表 5 和图 2 中可以看出，加入氯化铵后，树脂
在固化过程中，温度和聚合反应交替地对偶极矩的
取向程度起着不同影响。脲醛树脂升温初始阶段，
其黏度较低，随着温度升高，极化损耗显著增加，同
时黏度降低，二者共同作用下 tgδ 增大; 继续升温，
由于树脂分子热运动加快，妨碍极性分子的转向极
化，极化损耗的减小比电导损耗的增加更快，同时树
脂系统开始固化，其黏度增大，tgδ 减小，并逐渐成为
影响 tgδ 的主要因素，因此出现一个波谷。此后，在
保温过程中，树脂黏度继续增加，并阻碍偶极矩沿电
场方向排列取向，因而导致 tgδ 再度上升。由于固
化的进一步加深，交联反应使黏度急剧增大，tgδ 逐
渐趋于水平，这表示固化已基本完成。
添加催化剂后的脲醛树脂，除了加入磷酸铵为
催化剂的树脂外，其他树脂固化反应明显加速，固化
时间缩短。通过 tgδ 对时间求一阶微分，分析其最
大值出现的时间，可知在添加硼酸铵和硫酸铵后，其
固化速度的最大值提前，并且保温阶段固化反应完
成较为充分。
表 5 不同脲醛树脂在固化剂下的
d(Log ion visc) / dt 最大值的时间
Tab． 5 The maximum value time of d(Log ion visc) /
dt on adhesive with different catalysts
树脂 Adhesive 时间 Time /min
UF 37. 9
UF-NH4 Cl(UF1-G) 38. 2
UF-NH4 HB4 O7·3H2 O (UF2-G) 31. 9
UF-(NH4 ) 3 PO4·3H2 O (UF3-G) 41. 9
UF-(NH4 ) 2 SO4 (UF4-G) 28. 1
通过比较 4 种催化剂对脲醛树脂固化性能的影
响可以得出，4 种催化剂在加入固化剂的作用下都
提高了脲醛树脂的固化速度，通过固化动力学分析
图 2 不同脲醛树脂的 tgδ － t
Fig． 2 tgδ － t of adhesive with different catalysts
可以得出，4 种催化剂都起到了降低活化能的作用，
其中以硼酸铵、硫酸铵最为显著。从介电分析树脂
固化过程的结果可以得出，4 种催化剂都有加速固
化的作用，其中硼酸铵、硫酸铵对固化的影响最
明显。
通过上述比较分析，选择硼酸铵、硫酸铵作为脲
醛树脂催化剂进行验证试验，比较 2 种催化剂对板
材性能的影响，最终选出较为满意的试验方案。
3 改性 UF 树脂的胶接与环保性能
重复 3 次制备脲醛树脂 UF-B(硼酸铵为催化
剂)和 UF-S(硫酸铵为催化剂)，并压制 3 层胶合板，
比较 2 种脲醛树脂及原胶 UF 的制备工艺的稳定性
以及压制板材的胶接性能和环保性能(表 6)。从表
6 中可以看出，添加催化剂后的脲醛树脂胶黏剂，固
含量基本没有变化，固化时间大大缩短，游离甲醛含
量和羟甲基含量略微提高。胶合板板材强度变化不
大，但是甲醛释放量降低比较明显，其中以硫酸铵为
催化剂的脲醛树脂压制的胶合板甲醛释放量已经达
到 F 四星级水平。这说明催化剂的加入，使得脲醛
树脂在热压过程中游离甲醛与树脂大分子充分反
应，在相同热压时间和压强下，提高了树脂的固化速
度，使热压成型的胶合板板材强度基本不变的前提
下，甲醛释放减少，达到较高的环保标准。
由图 3 可知，在波数 3 338 cm － 1处出现较强特
征峰，属于—CH2OH 中—O—H 伸缩振动以及胺或
酰胺中的 N—H 伸缩振动，由于胺和酰胺的吸收带
与醇的—O—H 伸缩振动相比强度较弱，且谱带尖
锐，因此 2 个吸收带重叠后形成面积较大的吸收峰。
由于键合的羟基谱带比氨基谱带宽，加入催化剂时，
尤其在以硫酸铵为催化剂的条件下，分子间羟基减
少，分子间氢键数量降低，氢键作用减弱，谱带向较
301
林 业 科 学 52 卷
高波数方向位移，且峰形变尖，强度降低。
在 2 880 2 650 cm － 1处出现只有加入催化剂后
才形成的小峰，结合 1 385 cm － 1处 C—C 因受 C O
影响而活性化、频率升高可得出，此处为醛类的存
在，说明加入催化剂后，树脂中甲醛含量略微提高，
同时也解释了加入催化剂后树脂固化加快的原因，
其结果与表 6 中游离甲醛含量的提高相符。
接近 1 460 cm － 1 处 出 现 的 吸 收 峰 属 于
—NHCH2—中 C—H 的伸缩振动，加入催化剂后
—NHCH2—减少，加入硼酸铵为催化剂时，由于树
脂中 B—O 键的伸缩振动吸收峰通常在 1 470
1 310 cm － 1处(陈洁等，2000)，因而 UF-B 的谱带略
有升高; 在 1 139 cm － 1处吸收峰属于 C—O—C 不对
称收缩振动，表明形成了一定数量的 C—O—C 醚
键。加入催化剂后，尤其以硫酸铵为催化剂时，该处
吸收峰明显减小，由于亚甲基醚键在加热时容易生
成甲醛，因此 C—O—C 醚键的减少有利于胶合板热
压过程中游离甲醛的减少，这一结果与表 6 中胶合
板甲醛释放含量结果一致。
在 1 170 1 140 cm － 1处的吸收峰为在加入硫酸
铵催化剂后，由于磺酰胺基和酰类的存在，谱带向较
高波数方向移动。
表 6 脲醛树脂性能及其板材性能
Tab． 6 Properties index of UF adhesive and its plywood
UF
UF-B UF-S
1 2 3 均值
Mean
标准差
SD
1 2 3 均值
Mean
标准差
SD
固含量
Solid content(% )
55. 27 55. 1 55. 2 54. 7 55. 0 0. 22 54. 1 54. 1 53. 8 54. 0 0. 14
固化时间
Curing time / s
96. 5 88. 5 88. 6 89. 0 88. 7 0. 25 88. 4 88. 1 87. 5 88. 0 0. 37
游离甲醛含量
Free formaldehyde content(% )
0. 074 0. 074 0. 076 0. 087 0. 079 0. 010 0. 118 0. 110 0. 130 0. 120 0. 010
羟甲基含量
Hydroxymethyl content(% )
8. 97 9. 50 9. 70 9. 60 9. 60 0. 08 9. 60 9. 60 9. 30 9. 50 0. 14
胶合板强度
Plywood strength /MPa
0. 84 0. 76 0. 74 0. 81 0. 77 0. 03 0. 82 0. 67 0. 79 0. 76 0. 07
甲醛释放量
Formaldehyde emission / (mg·L － 1 )
0. 37 0. 41 0. 36 0. 34 0. 37 0. 03 0. 20 0. 21 0. 25 0. 20 0. 02
图 3 脲醛树脂红外光谱
Fig． 3 The fourier transform infrared spectrogram of UF adhesive
4 结论
1) 4 种催化剂都具有提高脲醛树脂固化速度
的效果。
2) 通过固化动力学分析可以得出，加入固化剂
后，4 种催化剂均起到了降低固化反应活化能的作
用，其中硼酸铵、硫酸铵降低固化反应活化能的作用
最显著。
3) 通过介电分析树脂固化过程可以得出，4 种
催化剂均有明显加速树脂固化的作用，其中硼酸铵、
硫酸铵对树脂固化速率的提高作用最大。
4) 加入催化剂后，热压制备的胶合板板材强度
基本不变，甲醛释放量有所降低，其中以硫酸铵为催
化剂的脲醛树脂制备的胶合板，甲醛释放量降低至
远低于 E0级，并达到日本标准 F 四星级水平，达到
国际环保最高要求。
因此，采用硫酸铵类催化剂合成低摩尔比脲醛
树脂时，有效提高了低摩尔比脲醛树脂的固化速度，
同时可适当降低其胶接制品的游离甲醛释放量。
参 考 文 献
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(责任编辑 石红青)
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