复合板生产中NIR(近红外光谱)的应用制造技术

应用于木基板生产中控制含水甲醛树脂组合物生产的方法，其中甲醛与一种形成共聚树脂用材料或形成共聚树脂用材料（类型为苯酚、尿素、三聚氰胺）的混合物反应。该方法包括应用近红外（ＮＩＲ）光谱监测含水反应混合物的形成和反应进程并（当需要时）根据光谱结果调整反应进程以获得最佳反应条件。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光谱方法(NIR，近红外光谱)用于监测工业过程的应用，通过对原料和中间产物如脲醛缩合物的分析，监测在复合木板中用作粘合剂的甲醛基树脂的生产，以控制最终产品的质量。近年来应用NIR光谱监测各种过程已得到了系统地发展，并得到可用的计算机速度与能力提升的支持。这种NIR技术已在各种工业中得到应用，如石油工业、制药工业、食品工业、发酵控制和某些聚合物生产。现已有用于均相和多相反应的线上和终点测定及反应坐标(reaction coordination)的系统应用。该分析已被用于液相和气相工艺物流中。应用NIR光谱对聚合物系统进行在线工艺监测在D.Fischer等人发表于《Fresenius J.Anal.Chemistry》359，1997，74-77页的“应用NIR光谱对聚合物熔体进行在线工艺监测”和J.P Dunkers等人发表于《Applied Spectroscope》52(4)，1998，552-556页的“采用瞬逝波高折射率(Evanescent Wave High-Index)光纤传感器对反应树脂的傅立叶变换近红外监测”中有所讨论。特别是该系统的应用已描述于碎木板(particle board)(复合板)的生产中，用于监测原木质量(B.Engstrom和Mona Hedqvist，采用光谱方法结合多变量校准对木板性能进行预测，US5965888)。E.W.Crandall和A.N.Jagtap，在《Applied Polymer Science》，21，1977，449-454页的“聚合物的近红外光谱”中提供了几种聚合物的某些NIR光谱分布，包括脲醛和酚醛树脂。但是，测量之前的样品制备方法(450页熔融和压制玻璃板之间聚合物以得到透明膜)表明对可靠数据的采集，重要的是得到透明样品，因此当树脂不洁净时不能使用所述方法。此外，其它光谱技术如红外(IR)和拉曼(Raman)光谱已用于监测各种不同的工业过程。最近一篇关于光谱技术用于监测工业过程的综述文章描述了拉曼(Raman)光谱用于监测三聚氰胺-甲醛树脂合成的应用(B.J.Kip等人，“关于工业环境中振动光谱仪器近年发展的应用更快，更小和更坚固”，《Vibrational Spectroscopy)》，24，2000，75-92页)。与NIR光谱学相比，中红外光谱学具有谱峰分布更简单直观的优势。这就是为什么中红外在研究方面更广泛地应用于化学系统的鉴别与分析。但是，在很多缺点中，IR技术要求或必需一个很浅的取样深度(0.5-2微米)，而如果是粘性的和微观多相的液体将导致无代表性取样。参考文献US5578827、DE19805612和SU1833805应用了红外光谱而未使用近红外光谱。更特别的是，US5578827揭示了一种应用ATR-IR光谱监测缩聚或加聚反应的方法，而DE19805612涉及ATR-IR光谱监测缩聚反应的应用。在SU1833805中，红外(IR)光谱用来测定酚醛树脂中游离苯酚的量。复合木基板的生产(例如碎木板、纤维板、定向结构刨花板(OSB)、胶合板、硬质板(hardboard))源于市场需求，提供廉价的木制品替代品。这些产品类型或由木头碎片(刨花板)、纤维(纤维板、硬质板)、定向结构刨花板(OSB)制成，或由薄木片(胶合板)制成，它们被喷上或涂上特殊调制的粘合剂并被热压形成板状产品。它们的生产极大地依赖于脲醛(UF)粘合剂的应用。当甲醛与尿素之比(F/U≈1.5摩尔)高时，这些水基粘合剂很容易制作和使用，而且对几乎任何一种木产品都有优异的粘接效果。大约在1978年，出于对甲醛释放的环境的考虑，强制要求降低甲醛/尿素(F/U)比率(≈1)而带来更谨慎和系统的对粘合剂生产的控制的需求。另外，为了降低成本和运输的危险性并且避免在树脂生产结束时应用真空蒸馏多余的水，计划用脲醛缩合物(UFC)代替福尔马林(37％甲醛水溶液，商购的甲醛来源)作为制备粘合剂的原料。除了它的优点，由于其化学复杂性和缺乏快速表征方法，现在只有极少的制造商执行UFC方法途径。甲醛基粘合剂由相对大的公司可靠地生产，这些公司已有半经验式的技术决窍并且可支付得起不定期的昂贵又费时的离线监测技术的应用(GPC，NMR等)。UFC是树脂合成的中间体，其通常是在吸收塔里经连续方法制备。在这个过程中，由甲醇催化氧化得到的气态甲醛由尿素水溶液吸收。吸收包括溶解甲醛和甲醛与尿素的化学反应。尿素与甲醛的比率和总固含量、pH以及温度沿吸收塔而各不相同，且对最终产品的质量、安全、连续生产很重要。过程中的不规则性会导致沿塔长度方向形成不溶沉淀物或者甚至堵塞吸收塔的中间盘。最终产品是一种至少含有十五种不同化合物的复杂混合物。准确测定这些化合物中尿素和甲醛的含量对树脂的后续配制是必需的。传统上只能离线用麻烦的方法操作。一种这样的方法包括，水解UFC得到在溶液中的随后提取的甲醛，然后在大量稀释之后可通过滴定最终测定其浓度。尿素的浓度是通过总氮浓度的测定而单独计算出来的(Kjeldahl法)。用这些方法对甲醛和尿素的含量进行总体测定需要多于四个小时的时间。已经开发出了更迅速一些的色谱法，但它们不太准确且需要准确称量样品和使用特殊仪器。另外，它们不能在线应用。以上方法只能测定尿素和甲醛的总体含量，不能给出已有的化学品的信息。生产出的UFC随后用于脲醛树脂的生产，传统操作方式采用间歇法。换之，不含任何尿素的福尔马林可用于树脂生产。树脂生产的过程受所用原料和所用条件的影响，特别是每个特定时刻pH和各种组分浓度的影响。在正确的转化水平时不能结束反应会导致树脂的交联和在反应器内部形成不溶网状物。此外，树脂生产的变化性可导致树脂性能的变化，由此降低了对于用户的可靠性。本专利技术的一个目标是提供一种控制包括在甲醛基树脂合成中的所有原料和中间产品(甲醇、甲醛、尿素、尿素溶液、UFC、三聚氰胺等)的方法。特别对于UFC，本专利技术的目标是提供一种快速、可靠的测定其在尿素和甲醛中含量的方法。另外这种方法可对于UFC的生产过程进行在线监测。因此为了保证正常生产或检测非正常情况，可沿吸收塔的不同点进行连续测量尿素和甲醛的含量。本专利技术的另一个目标是提供一种用于监测树脂生产和保证最终产品再现性的方法。令人惊异的是，NIR可用于测定UFC中尿素和甲醛的总体含量，即使UFC是一种包含尿素和甲醛的、多于15种不同化合物的复杂混合物。同样令人惊异的是，NIR可用于在含水UF树脂的生产中监测尿素和甲醛的反应。这样可以监测羟甲基化阶段的开始直到缩聚反应的结束，以便于对生产的不同阶段进行评价。再次令人惊异的是，NIR可用于监测这样一种系统，尽管导致羟甲基化或聚合的反应存在变异性、生产中的温度会发生变化和生产的混浊度会产生潜在的变化。早期为了监测形成树脂的化学反应而应用NIR光谱的工作主要基于测量特定波长窗口上对近红外线的吸收。这些方法只能用于透明系统并且被监测的化学基团的吸收峰在温度变化或氢键合条件下不会移动的系统。日本专利JP07097420描述了这样的一个应用，在特定波长窗口(即不随波长或频率连续)测量近红外线的吸收，以便于估计一种用作油漆配方中交联剂的、基于醇的氨基甲醛树脂合成反应的程度。由于所有制备都是在透明的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制木基板工业中用作粘合剂的含水甲醛树脂组合物生产的方法，该方法中甲醛与一种形成共聚树脂用材料或形成共聚树脂用材料（类型为苯酚、尿素、三聚氰胺）的混合物反应，该方法包括用近红外（ＮＩＲ）光谱监测含水且基本不含醇的反应混合物的形成和反应进程的至少一种，并（在需要时）根据光谱结果调整反应进程以获得最佳反应条件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：GD赫里希科斯，V乔尼斯，A派佩蒂斯，G卡路西斯，
申请(专利权)人：ARI有限公司，
类型：发明
国别省市：GR[希腊]