CN101104782A

CN101104782A - 一种酚醛树脂粘合剂用木质素基助剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN101104782A
Application number: CNA2007100437136A
Authority: CN
Inventors: 张雷; 方红霞; 钟澄
Original assignee: Jiashan Love Green Chemical Technology Co Ltd; SHANGHAI FOREVE GREEN CHEMICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Jiashan Love Green Chemical Technology Co Ltd; SHANGHAI FOREVE GREEN CHEMICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2008-01-16

Abstract

本发明属高分子粘合剂技术领域，具体为一种酚醛树脂粘合剂用木质素助剂及其制备方法和应用。该木质素助剂由分子量大于10000，经过羟甲基化反应的木质素和辅助成分组成；其中，原料木质素为磺酸盐木质素；辅助成分为Na₃PO₄、Na₂HPO₄、尿素和NaOH。其制备方法包括木质素的超滤处理和羟甲基化反应，将羟甲基化的木质素与辅助成分混合即可。将该助剂应用于酚醛树脂粘合剂中，可大大提高粘合剂的环保性能，降低粘合剂的成本。

Description

一种酚醛树脂粘合剂用木质素基助剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于高分子粘合剂技术领域，具体涉及一种酚醛树脂粘合剂的助剂及其制备方法和应用。

背景技术

酚醛树脂作为粘合剂的应该有近百年的历史。其中水溶性酚醛树脂由于制备简单，热固后强度和抗水性俱佳，因此成为人造板中应用最广泛的粘合剂之一。但是作为三醛胶之一，酚醛树脂粘合剂中含较高的游离醛或游离酚，使用中会缓慢释放出对人体有害的物质。因此在环保性能上表现较差。如何提高酚醛的环保指标是目前的一个问题。

另外，由于原油价格上涨，苯酚的成本居高不下，导致酚醛树脂的生产成本较高，目前已经是三醛胶中价格最昂贵粘合剂，因此如何降低酚醛的成本也是目前须解决的问题。

木质素作为一种天然高分子在粘合剂中的应用有较为独特的优势，在酚醛中使用木质素的历史也有近30年。由于木质素的分子结构中具有酚羟基和醛基两种特征基因，因此，人们在酚醛树脂合成中一般采用木质素作为原料代替或部分代替苯酚与甲醛反应，形成木质素一酚醛树脂。按照专利US parent 4320026，US 4303562，4113542.2794790等专利中的描述，最通用的合成路线都是以木质素为原料溶于苯酚，再加入甲醛，反应。区别在于使用不同的木质素原料，包括碱木素，木质素硫酸盐，木质素磺酸盐，以及不同的应用领域如模塑粉，三合板等。但是实践证明，木质素引入酚醛树脂胶粘剂中会导致胶粘剂的抗水性下降，而抗水性是酚醛树脂胶粘剂最显著的优势。如何提高木质素基酚醛树脂胶粘剂的抗水性是该类技术最大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高酚醛树脂胶粘剂环保性能的酚醛树脂粘合剂的助剂及其制备方法和应用。

本发明提出的能够提高酚醛树脂胶粘剂环保性能的助剂，是一种分子量大于10000，经过羟甲基化反应的木质素和辅助成分组成。为了提高抗水性，对木质素通过超滤的方法，得到分子量大于10000的木质素。但是超高分子量的木质素反应活性低，与酚醛树脂胶粘剂的结合较差，不能形成均相结构，这会导致分层和沉淀。为了提高活性，将超高分子量木质素进行羟甲基化反应，由此获得了具有超高分子量和高活性的木质素。以这种木质素为基础加入部分辅助成分组成绿色助剂，将该助剂加入酚醛树脂胶粘剂中，在保证胶粘剂的粘结性能的前提下，可以有效降低游离醛的水平，同时较大幅度的降低胶粘剂的成本。

上述助剂中，辅助成分为Na₃PO₄、Na₂HPO₄、尿素和NaOH，其含量分别为助剂总重量的0.5-10％，0.5-10％，0.5-10％，0.5-10％。

本发明提出的超高分子、高活性的木质素的制备步骤如下：

(1)以木质素磺酸盐为原料，进行超滤处理。原料可以选择磺酸钠、磺酸铵、磺酸钙或磺酸镁等。通过超滤设备和手段获得超高分子量的部分，其分子量≥10000。

(2)木质素羟甲基化反应，是木质素在碱性条件下与甲醛生成羟甲基的反应。包括两个方面，一是木质素芳环上存在的邻位上甲基发生羟甲基化反应，二是芳环侧链上也可发生羟甲基化反应。具体是将这种高分子量分布的木质素与甲醛水溶液在45-95摄氏度下，PH值＝8-12的条件下反应0.5-2小时，获得羟甲基化的木质素，其中木质素与质量浓度为37％的甲醛水溶液的质量比为1∶1-1∶10。

本发明中，所述超滤处理，为常规的超滤方法，例如，超滤膜采用孔径为0.04km的醋酸纤维膜，采用有效面积为10-15cm²板框式超滤器，超滤温度为室温，超滤压力为0.1-0.25mPa。

木质素基助剂应用于酚醛树脂胶粘剂有以下2种途径：

1、将木质素基助剂与酚醛树脂水溶液按照2∶8-3∶7的固含量的质量比例混合，在45-85摄氏度下反应1-2小时，在这一过程中，木质素与游离醛以及酚醛分子链可以进一步发生缩聚，形成与酚醛树脂的共聚物均相体系。

2、将木质素基助剂作为反应原料与苯酚、甲醛共同反应形成木质素-酚醛的共聚物体系。在这一反应过程中，木质素取代部分苯酚的用量，取代量为10-30％。

上述2中反应途径获得的胶粘剂都具有游离醛含量低，成本下降的特点。其中途径1适用于制备高固含量的酚醛树脂水溶液，途径2适用于制备低固含量的水胶。

具体实施方式

实施例1：高反应活性的超高分子量木质素的制备

木质素磺酸盐(铵盐)经过超滤后，提取分子量大于10000的部分。实验条件为：孔径0.04μm的醋酸纤维膜、有效膜面积10cm²的板框式超滤器。超滤料液温度为室温，超滤压力差范围0.1-0.25mpa。在测试透过通量之前，先用0.15mpa压力对膜预压30min，使膜的渗透性能稳定。

超滤后所得到木质素即为超高分子量部分。取木质素100克，与100克甲醛水溶液(37％)混合，在95摄氏度下、PH值为8的条件下搅拌反应0.5小时。所得产物过滤烘干即可。

实施例2：高反应活性的超高分子量木质素的制备

木质素磺酸盐(钠盐)经过超滤后，提取分子量大于10000的部分。实验条件为：孔径0.04μm的醋酸纤维膜、有效膜面积10cm²的板框式超滤器。超滤料液温度为室温，超滤压力差范围0.1-0.25mpa。在测试透过通量之前，先用0.15mpa压力对膜预压30min，使膜的渗透性能稳定。

超滤后所得到木质素即为超高分子量部分。取木质素100克，与500克甲醛水溶液(37％)混合，在70摄氏度下、PH值为10的条件下搅拌反应1小时。所得产物过滤烘干即可。

实施例3：高反应活性的超高分子量木质素的制备

木质素磺酸盐(镁盐)经过超滤后，提取分子量大于10000的部分。实验条件为：孔径0.04μm的醋酸纤维膜、有效膜面积10cm²的板框式超滤器。超滤料液温度为室温，超滤压力差范围0.1-0.25mpa。在测试透过通量之前，先用0.15mpa压力对膜预压30min，使膜的渗透性能稳定。

超滤后所得到木质素即为超高分子量部分。取木质素100克，与1000克甲醛水溶液(37％)混合，在45摄氏度下、PH值为12的条件下搅拌反应2小时。所得产物过滤烘干即可。

实施例4：木质素基绿色助剂的制备

将所制备的高反应活性的超高分子量木质素80克，加入辅助成分Na₃PO₄，Na₂HPO₄，尿素，NaOH，加入量分别为5克，5克，5克，5克。然后在搅拌机中高速分散搅拌均匀，即得。

实施例5：木质素基绿色助剂的制备

将所制备的高反应活性的超高分子量木质素79克，加入辅助成分Na₃PO₄，Na₂HPO₄，尿素，NaOH，加入量分别为10克，10克，0.5克，0.5克。然后在搅拌机中高速分散搅拌均匀，即得。

实施例6：木质素基绿色助剂的制备

将所制备的高反应活性的超高分子量木质素79克，加入辅助成分Na₃PO₄，Na₂HPO₄，尿素，NaOH，加入量分别为0.5克，0.5克，10克，10克。然后在搅拌机中高速分散搅拌均匀，即得。

实施例7：木质素基绿色酚醛树脂胶粘剂的制备

将所制备的高反应活性的超高分子量木质素基助剂10克，与苯酚90克，片碱5克混合，加热到45度搅拌均匀，再加入甲醛120克，升温至95度反应1小时，降温至75度，加入甲醛30克，再反应半小时即可。

实施例8：木质素基绿色酚醛树脂胶粘剂的制备

将所制备的高反应活性的超高分子量木质素基助剂20克，与苯酚80克，片碱5克混合，加热到45度搅拌均匀，再加入甲醛120克，升温至95度反应1小时，降温至75度，加入甲醛30克，再反应半小时即可。

实施例9：木质素基绿色酚醛树脂胶粘剂的制备

将所制备的高反应活性的超高分子量木质素基助剂30克，与苯酚70克，片碱5克混合，加热到45度搅拌均匀，再加入甲醛120克，升温至95度反应1小时，降温至75度，加入甲醛30克，再反应半小时即可。

实施例10：木质素基绿色酚醛树脂胶粘剂的制备

在100克酚醛树脂水溶液(固含量为45％)中加入所制备的高反应活性的超高分子量木质素基助剂11.25克，45摄氏度下搅拌反应2小时即可。

实施例11：木质素基绿色酚醛树脂胶粘剂的制备

在100克酚醛树脂水溶液(固含量为45％)中加入所制备的高反应活性的超高分子量木质素基助剂19.25克，85摄氏度下搅拌反应半小时即可。

实施例12：木质素基绿色酚醛树脂胶粘剂的制备

在100克酚醛树脂水溶液(固含量为45％)中加入所制备的高反应活性的超高分子量木质素基助剂15.25克，65摄氏度下搅拌反应1小时即可。

Claims

1.一种酚醛树脂粘合剂用的木质素基助剂，其特征在于由分子量大于10000，经过羟甲基化反应的木质素和辅助成分组成；其中，原料木质素为磺酸盐木质素；辅助成分为Na₃PO₄、Na₂HPO₄、尿素和NaOH，其含量分别为助剂总重量的0.5-10％，0.5-10％，0.5-10％，0.5-10％。

2.一种如权利要求1所述的木质素基助剂的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)以木质素磺酸盐为原料，进行超滤处理，原料选择磺酸钠、磺酸铵、磺酸钙或磺酸镁，通过超滤设备和手段获得超高分子量的部分，其分子量≥10000；

(2)木质素羟甲基化反应，是将步骤(1)得到的高分子量分布的木质素与甲醛水溶液在45-95摄氏度、PH值＝8-12的条件下反应0.5-2小时，获得羟甲基化的木质素；其中木质素与质量浓度为37％的甲醛水溶液的质量比为1∶1-1∶10；

(3)将羟甲基化反应的木质素与辅助成分混合，搅拌均匀即可。

3.一种如权利要求1所述的木质素基助剂在酚醛树脂粘合剂中的应用。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于所述木质素基助剂作为原料，代替部分苯酚，其代替的重量为苯酚的10-30％。

5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于所述木质素基助剂作为添加成分加入到酚醛树脂粘合剂水溶液中，其中助剂与酚醛的质量比例为2∶8-3∶7。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于反应温度为45-85摄氏度，反应时间为0.5-2小时。