本研究由西南林业大学、凯里学院和贵州大学的科研团队合作完成，主要作者包括Gaoxiang Xu、Jiankun Liang、Bengang Zhang、Zhigang Wu、Hong Lei和Guanben Du。研究成果发表于《Wood Science and Technology》期刊2021年第55卷，文章标题为《Performance and structures of urea-formaldehyde resins prepared with different formaldehyde solutions》。

学术背景
尿素-甲醛树脂（UF resin）作为人造板工业中用量最大的胶粘剂（占中国市场的90%），其传统制备使用37%标准甲醛溶液（含10%甲醇抑制剂），但存在固含量低（约50%）、脱水能耗高、废水含甲醛和甲醇衍生物等环境问题。而高浓度甲醛（>42%）可制备固含量达60%的UF树脂，省去脱水工序并减少污染。尽管已有研究关注尿素-甲醛浓缩液（UFC）制备UF树脂的优势，但针对高浓度甲醛（45%）制备UF树脂的化学结构演变及其性能的系统研究仍属空白。本研究旨在对比分析37%与45%甲醛溶液制备UF树脂的结构差异及其对胶合板性能的影响。

研究流程
1. 材料制备
- 使用两种甲醛溶液：37%标准甲醛（含10%甲醇）和45%高浓度甲醛（无外加甲醇）。
- 按F/U摩尔比1.0分三阶段合成UF树脂：
- 碱性阶段（F/U=4.0）：90°C反应30分钟，pH 7.5-8.0，生成甲基脲（methylolureas）。
- 酸性阶段（F/U=2.0）：pH降至5.4-5.6，引发缩合反应形成亚甲基桥（methylene bridges）和醚桥（methylene ether bridges）。
- 终段碱性阶段（F/U=1.0）：pH调至8.0-8.5终止反应，分别标记为UF-A（37%甲醛）和UF-B（45%甲醛）。

1. 结构表征

   • 13C-NMR分析：定量测定各阶段甲基脲、亚甲基桥、醚桥及uron环结构含量。结果显示，UF-B的甲基脲含量更高（碱性阶段54.1% vs. UF-A的40.1%），且甲醇衍生物（如甲氧基醚）含量显著低于UF-A（终段0.7% vs. 7.7%）。
     
   • FTIR分析：证实UF-B的亚甲基桥（1133 cm−1）和甲基脲（1349 cm−1）信号更强，表明高浓度甲醛促进缩合反应。
     
   • DSC测试：UF-B的固化温度（94.1°C）低于UF-A（97.8°C），归因于其更高活性基团含量。
     

2. 性能测试

   • 树脂性能：UF-B固含量（59.7%）高于UF-A（55.5%），凝胶时间更短（75秒 vs. 101秒）。
     
   • 胶合板性能：UF-B制备的板材表现出更优的耐水性（2小时厚度膨胀率26.3% vs. 33.4%）、力学性能（MOR 11.4 MPa vs. 9.2 MPa）及更低甲醛释放量（0.24 mg/L vs. 0.31 mg/L）。
     

主要结果与逻辑关联
- 甲醇抑制作用：37%甲醛中的甲醇通过生成甲氧基醚（RCH2-O-CH3）阻碍缩合反应，导致UF-A亚甲基桥含量较低（终段34.7% vs. UF-B的25.1%）。
- 反应路径差异：13C-NMR揭示UF-B的醚桥主要通过水解-缩合路径转化为亚甲基桥（Scheme 6），而UF-A则依赖直接重排，效率较低。
- 结构-性能关系：UF-B更高的亚甲基桥和醚桥含量直接提升胶合板交联密度，解释其优越性能。

结论与价值
1. 科学价值：阐明甲醇对UF树脂缩合反应的抑制机制，提出高浓度甲醛通过提升反应物浓度促进缩合动力学的新见解。
2. 应用价值：45%甲醛制备的UF树脂可省去脱水工序，降低能耗和污染，胶合板性能符合GB/T 17657-2013标准，具备工业化潜力。

研究亮点
- 方法创新：首次系统对比37%与45%甲醛制备UF树脂的全阶段结构演变，结合13C-NMR定量分析与DSC固化动力学。
- 发现新颖性：揭示甲醇通过甲氧基醚化抑制缩合反应，而高浓度甲醛通过水解-缩合路径高效生成亚甲基桥。

其他价值
研究得到国家自然科学基金（31800481）和云南省基础研究重点项目（2019FA012）支持，为绿色胶粘剂开发提供理论依据。