人工合成尿醛树脂制作生物教学标本技术探索

摘 要：本文采用化学合成方法，探索尿醛树脂制作生物教学标本的技术。试验筛选出尿醛树脂合成适宜的原料配方。利用合成尿醛树脂制作了融教学、观赏和一定商品价值、可长期保存的生物教学动物和植物标本。

关键词：尿醛树脂； 合成； 生物教学标本制作

中图分类号：Q-34 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2015）01-146-002

在普通中学生物教学中，常常需要教学标本辅助教学。长期以来，人们都在探索效果好、成本低、保存时间长的生物标本制作方法。常用的生物标本制作方法有：干制标本、液浸标本、有机玻璃包埋标本等。干制标本具有制作简单，但使用和保存过程中易损坏、易霉烂、易虫蛀等特点；有机玻璃包埋法克服了干制标本在保存中易损坏、易霉烂、易虫蛀、使用不方便的缺点，但工艺复杂、成本高、不易推广。尿醛树脂包埋制作标本，既克服了上述方法在保存中易损坏、易霉烂、易虫蛀、使用不便的缺点，又具有节约成本等优点。因而，许多学者开展了脲醛树脂包埋生物标本技术的研究。如杨永红概括了尿醛树脂包埋昆虫标本的3点关键技术[1]；袁波、莫怡琴提出植物病虫标本保存的新方法研究[2]等。尿醛树脂（urea-formaldehyde resins）又称尿素甲醛树脂，简称UF，平均分子量约10000。尿素与甲醛在弱碱性溶液中，生成一羟甲基尿和二羟甲基尿。一羟甲基尿和二羟甲基尿在酸溶液中加热时，去水生成一亚甲基尿和二亚甲基尿（生单体）。形成的不饱和化合物很容易聚合，生成无色透明的高分子化合物，即尿醛树脂，这聚合反应在弱酸条件可加速反应进程。

采用化学合成方法探索尿醛树脂包埋制作生物教学标本，为开展生物标本制作教学提供理论依据和实验参考具有积极意义。

1.器材

1.1器具

5mL量筒、500mL烧杯、玻璃棒、500mL量筒、移液管、电子天平、温度计、三角瓶、光波炉、模具等。

1.2药品

46%尿素（贵州赤天化集团有限责任公司生产）、37%～40%甲醛（重庆江川化工有限公司）、冰醋酸（西陇化工股份有限公司）、25%NaOH溶液。

2.方法

2.1包埋标本的制作

2.1.1植物标本的采集与制作。按植物蜡叶标本的采集和制作方法[3]制作植物蜡叶标本，待其完全干燥（可自然风干，也可烘干或烤干以并节约时间）待用。

2.1.2动物标本的采集与制作。按昆虫标本的采集和制作方法[4]，采集体型较小的鳞翅目、直翅目、鞘翅目、脉翅目、半翅目、膜翅等昆虫，放入毒瓶毒死亡后将其进行展翅、整姿，干燥后待用。

2.2尿醛树脂生单体合成试验

2.2.2生单体试验工艺及方法

工艺流程：

以下试验按如下方法进行。用烧杯作反应容器，量取甲醛于烧杯中，加入尿素搅拌溶解。将尿素甲醛溶液用光波炉缓慢加热，并不断搅拌，当温度达到30℃时，加入25%氢氧化钠溶液。继续加热不断搅拌，当温度上升到90℃时停火，加入冰乙酸，然后即停火不断搅拌（这时反应强烈，温度可达到100℃）。当反应缓慢后，继续文火加热，并搅拌5分钟左右。这时可用玻璃棒蘸取溶液滴入常温水中，如出现云雾状时，第二次加入25%氢氧化钠溶液，停火搅拌几分钟，即为尿醛树脂生单体（生单体配制完成存放在密闭的容器内待用，生单体一般可存放半个月）。

（1）生单体主要原料配比试验。试验设100mL 37～40%甲醛中分别加尿素28g、30g、32g、34g、36g、38g等6个处理，每处理重复3次。

（2）生单体第一次加碱量试验。试验以100mL37～40%甲醛中加尿素34g作为基本配方，设氢氧化钠用量为：0.05mL、0.10mL、0.15mL、0.20mL、0.25mL、0.30mL等6个处理，每处理重复3次。

（3）生单体加酸量试验。试验以100mL37～40%甲醛中加尿素34g作为基本配方，设乙酸用量为：0.8mL、1.2mL、1.6mL、2.0mL、2.4mL、2.8mL等6个处理，每处理重复3次。

（4）尿醛树脂生单体第二次加碱量试验。试验以100mL37～40%甲醛中加尿素34g作为基本配方，设25%氢氧化钠用量为：0.8mL、1.2mL、1.6mL、2.0mL、2.4mL、2.8mL等6个处理，每处理重复3次。

上述试验以透明度，凝固性，气泡有无和多少、反应温度等为评价指标，筛选生单体适宜的原料配比。

2.3尿醛树脂熟单体配制

将生单体再次加入冰乙酸搅拌即成熟单体。加入冰乙酸量随气温而异，一般为生单体量的3.3～4.0%，在此范围内气温越高，加入冰乙酸的量越少。

2.4标本包埋

2.4.1工艺流程

选择模具→熟单体浇底板→半固化→放置标本→标本固定和熟单体固化→浇熟单体包埋→固化（根据固化情况第3次加熟单体和第4次加熟单体）固化→成品→装盒保藏。

3.结果与分析

3.1尿醛树脂生单体合成试验结果

由表1可见，尿素处理为34g时，其透明度、凝固性、气泡有无和多少、反应温度等均是最好的。少于34g时其反应温度未达到100℃，存在气泡；而多于34g时，其透明度越来越差，且温度未达到100℃，凝固性不好，气泡较多。

表1尿醛树脂生单体合成主要原料配比试验结果及品质评价

第一次加氢氧化钠处理为0.05mL、0.15mL时，透明度、凝固性、气泡有无和多少、反应温度等均是最好的，但0.15mL时不稳定，易受环境温度的影响；其他处理其透明度、凝固性不好且反应温度不够。

加乙酸处理为0.8mL时，透明度、凝固性、气泡有无和多少、反应温度等均是最好的，其他处理透明度和0.8mL时差不多，但凝固性不好、温度甚至高出100℃。

第二次加氢氧化钠为0.8mL时，透明度、凝固性、气泡有无和多少、反应温度等均是最好的，其他处理透明度、凝固性和0.8mL时差不多，但少了气泡且温度未达到100℃。

所有处理初始pH都为5.5，生单体pH第二次加氢氧化钠处理变化较大且偏碱，其他基本在5.0～7.0之间，而所有处理熟单体pH均在5.0～6.0之间（由于试验条件有限，所有pH值均为pH试纸测得，有可能存在一定误差，不完全精确）。

通过对每次试验的现象，数据，结果和每个梯度的透明度、凝固性、气泡有无或多少、第一次加冰乙酸后反应所达到的温度等等的记录并分析，最后选择实验中最好的梯度即甲醛：尿素：氢氧化钠：冰乙酸：氢氧化钠为：100mL：34g：0.05mL：0.8mL：0.8mL。

3.2尿醛树脂包埋生物标本试验结果

3.2.1尿醛树脂包埋植物标本试验结果。通过包埋得到的尿醛树脂植物标本无开裂、透明度非常好、标本包埋舒展，但是标本的保色不好，植物的原色基本都褪绿，影响标本特征的观察，其观赏性较差，这是需要进一步研究解决的课题。但在教学中的使用携带非常方便、易于保存、不易损坏、不易霉烂、不会被虫蛀。

3.2.2尿醛树脂包埋动物标本试验结果。尿醛树脂包埋动物标本试验表明其制作的标本效果很好，如：标本既无开裂、透明度非常好，又不影响标本特征的观察，而且其具有观赏性、在教学中的使用携带都非常方便、易于保存、不易损坏、不易霉烂、不易虫蛀，用尿醛树脂制作昆虫标本，是一项很有前途的昆虫标本制作方法。

4.小结与讨论

该试验筛选出了合成尿醛树脂最佳配方为：甲醛∶尿素∶氢氧化钠∶冰乙酸∶氢氧化钠为100mL∶34g∶0.05mL∶0.8mL∶0.8mL。使用该尿醛树脂合成配方可制作融教学、观赏、具有一定商品价值，可长期保存的生物教学动物和植物标本。特别是小型生物教学动物和植物标本的制作有重要的意义。该试验制作的标本既克服了常规方法在保存中易损坏、易霉烂、易虫蛀、不易携带且保存时间不长的缺点，又可达到经济、安全、长期保存的目的。为使制作出的标本大小适中且美观，需要选择合适的模具。包埋标本时先在模具中倒入一定量的熟单体，倒入量约为模具容积的1/4，平置于防尘通风处。当熟单体凝固不能在模中流动时，将需要包埋的标本小心放在模具中合适位置，并在标本上首先抹上少量熟单体，以便粘在原来的单体上，同时将标本的名称和制作时间用碳素墨汁写在玻璃纸上，再满一滴熟单体粘放在模具内。注意及时整理，植物标本包埋前还要进行保色处理，干燥。放置1天左右，等标本和标签都已粘定在模具上时，再倒入熟单体，达到模具容积的1/2，等凝固后，再倒入熟单体（在标本包埋过程中要注意排除气泡，如果产生气泡，可用针插入气泡内排气），直到完全淹没标本为止。一般倒3～4次便可包埋完毕。让其逐渐硬化，这时可将包埋好标本的模具置于室内防尘通风外，待单体完全硬化后即可脱模使用。一般夏季7天，冬季30天即可脱膜使用。如用烘箱干燥，4～7天即可脱模。最后将制作好的标本进行整理装盒保存。

在制备生单体时，要注意药品加入的先后顺序，否则严重影响实验结果；制备生单体过程中，还要注意两个温度（30℃、90℃），必须精确无误的在达到这两个温度时加入药品，否则单体不够透明、凝固性不好等等；生单体制作好后，必须密封保存，否则空气中水分进入后，变得不透明，不能使用；熟单体最后现配现用；在整个实验过程中要注意尽量不产生气泡；标本必须干才能进行包埋，否则会雾朦朦的不够透明；包埋标本时，标本不能漂浮在表面，必须被盖住；全部完工后，要注意保存中尽量避免灰尘使其变得不透明等等。用尿醛树脂包埋植物标本，由于还不能很好的保存植物原有的色彩，需要进一步探索。

基金项目：贵州省高等学校省级专业综合改革试点项目：黔教高发[2012]426号；黔南民族师范学院微生物学重点学科建设项目：院政发[2011]04号；黔南民族师范学院优秀教学团队建设项目，院教发{2011}5号

参考文献：

[1]杨永红.尿醛树脂包埋昆虫标本的3点关键技术[J]林业实用技术，2010（3）：，35～36

[2]袁波，莫怡琴.植物病虫标本保存的新方法研究[J]安徽农业科学，2007，35（6）：1717，1884

[3]王林瑶，张广厚.昆虫标本技术[M]北京：科学出版社，1983

[4]肖方.野生动植物标本制作[M]北京：科学出版社，1999