CN102875753A - 一种木质素改性酚醛树脂及其使用方法 - Google Patents

一种木质素改性酚醛树脂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明具体涉及一种木质素改性酚醛树脂及其使用方法。其技术方案是:木质素改性酚醛树脂的原料及其含量是,苯酚为20~28wt%,甲醛为56~64wt%,木质素磺酸钙为12~20wt%。按上述原料及其含量,先将苯酚熔融成液态置入反应釜中,再将木质素磺酸钙加入到液态苯酚中,搅拌均匀;然后外加所述原料2~5wt%的氢氧化钠或1.5~2.5wt%的氨水,在75~90℃条件下搅拌0.4~0.6h,加入甲醛,继续搅拌1~3h,减压脱水,得到木质素改性酚醛树脂。所制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂用于含碳耐火材料,木质素改性酚醛树脂的加入量为含碳耐火材料的3~5wt%。本发明生产工艺简单、价格便宜和环境友好,其制品作为结合剂能提高含碳耐火材料的中低温性能。

Description

一种木质素改性酚醛树脂及其使用方法
技术领域
本发明属于含碳耐火材料和改性酚醛树脂技术领域。具体涉及一种木质素改性酚醛树脂及其使用方法。
背景技术
随着经济的日益发展和社会的不断进步,环境保护已经成为人们关注的焦点,酚醛树脂作为一种新型的结合剂已在镁碳砖等含碳耐火材料中得到广泛应用。但由于苯酚来源于不可再生的石油化工产品,随着石油储量越来越少,苯酚的价格越来越高,导致含碳耐火材料的成本日益增长,所以如何从结合剂上入手降低含碳耐火材料成本已成为了一个急需解决的问题。
木质素是一种天然的可再生芳香族高分子化合物,含有多种化学活性官能团,工业木质素的主要来源是纸浆废液,成本低廉。每年,全世界工业木质素产量约为5000×104t,而真正得到应用的却不到10wt%,其他大部分都被烧掉或排入江河,既污染环境又造成了巨大浪费,所以将木质素应用于树脂胶黏剂的制备中已倍受关注。目前,已有研究者对木质素改性酚醛树脂这一领域进行了研究。这些研究中的专利技术(CN1632030、CN101104782、CN101260283、CN101492522)大都是以碱木素作为原料制备木质素改性酚醛树脂,将所制得的木质素改性酚醛树脂应用在胶合板中,利用的只是木质素改性酚醛树脂固化后的胶粘强度。将木质素改性酚醛树脂用于耐火材料方面未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种生产工艺简单、价格便宜和环境友好的木质素改性酚醛树脂及其制备方法;所制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂用于含碳耐火材料,能提高含碳耐火材料的中低温性能。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:木质素改性酚醛树脂的原料及其含量是,苯酚为20~28wt%,甲醛为56~64wt%,木质素磺酸钙为12~20wt%。
木质素改性酚醛树脂的制备方法是:按上述原料及其含量,先将苯酚在60~70℃下熔融成液态,置入反应釜中,再将木质素磺酸钙加入到液态苯酚中,搅拌均匀;然后外加所述原料2~5wt%的氢氧化钠或外加所述原料1.5~2.5wt%的氨水,在75~90℃条件下搅拌0.4~0.6h,加入甲醛,继续搅拌1~3h,减压脱水,得到木质素改性酚醛树脂。
所制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂用于含碳耐火材料,木质素改性酚醛树脂的加入量为含碳耐火材料的3~5wt%。
所述木质素改性酚醛树脂使用时先用木质素改性酚醛树脂3~5wt%的乙二醇和10~15wt%的无水乙醇调试粘度。
所述含碳耐火材料为镁碳砖或铝碳砖。
由于采用上述技术方案,本发明与现有技术相比具有如下优点:
(1)由于本发明以木质素磺酸钙为原料,其具有比碱木素更好的分散性、粘合性和增塑性;具有比木质素磺酸钠更好的高温性能,故采用木质素磺酸钙为原料所制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂用于含碳耐火材料后的高温性能明显高于采用木质素磺酸钠原料所制备的木质素改性酚醛树脂。
(2)由于本发明将木质素磺酸钙、苯酚和甲醛通过直接法合成木质素改性酚醛树脂,省去了对木质素磺酸钙的活化处理工艺,故本发明生产工艺简单,反应易控制。所制备的木质素改性酚醛树脂性能优良,经检测:游离酚为0.11~0.26wt%;游离醛为0.10~0.27wt%;粘度为400.45~850.64mpa.s;固含量为43.8~47.1wt%
(3)由于本发明所用的木质素磺酸钙来源于纸浆废液,价格便宜,以其为原料合成木质素改性酚醛树脂不仅降低了原材料的成本,且同时对纸浆废液进行利用减少了环境污染。
(4)本发明制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂应用于含碳耐火材料,其固化后复杂的三维网络互穿结构可以提高含碳耐火材料的中低温性能。如作为结合剂用于镁碳砖,镁碳砖的性能是:烘后常温抗折强度为5.38~6.01MPa,烘后常温耐压强为40.7~44.6MPa,600℃烧后常温抗折强度为3.43~4.90MPa,600℃烧后常温耐压强度为27.2~31.6MPa,1200℃烧后常温抗折强度为5.53~6.24MPa,1200℃烧后常温耐压强度为39.0~43.9MPa;作为结合剂用于铝碳砖,铝碳砖的性能是:烘后常温抗折强度为15.5~19.0MPa,烘后常温耐压强为108.6~130.5MPa,600℃烧后常温抗折强度为7.01~10.34MPa,600℃烧后常温耐压强度为53.5~68.5Mpa。
因此,本发明生产工艺简单、价格便宜和环境友好,所制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂能提高含碳耐火材料的中低温性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述,并非对其保护范围的限制。
在本具体实施方式中:木质素改性酚醛树脂使用时先用木质素改性酚醛树脂3~5wt%的乙二醇和10~15wt%的无水乙醇调试粘度,实施例中不再赘述。
实施例1
一种木质素改性酚醛树脂及其使用方法。木质素改性酚醛树脂的原料及其含量是,苯酚为20~22wt%,甲醛为60~62wt%,木质素磺酸钙为16~18wt%。
本实施例的制备方法是:按上述原料及其含量,先将苯酚在60~70℃下熔融成液态,置入反应釜中,再将木质素磺酸钙加入到液态苯酚中,搅拌均匀;然后外加所述原料2~4wt%的氢氧化钠,在75~90℃条件下搅拌0.4~0.6h,加入甲醛,继续搅拌1~3h,减压脱水,得到木质素改性酚醛树脂。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂经检测:游离酚为0.11~0.15wt%;游离醛为0.10~0.14wt%;粘度为500.54~520.65mpa.s;固含量为45.8~46.6wt%。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂用于镁碳砖,木质素改性酚醛树脂的加入量为镁碳砖的3~4wt%,其使用方法是:
先将镁砂骨料干混3~5min,再缓慢加入木质素改性酚醛树脂混合9~15min,然后加入细粉混合9~15min,困料后压制成型,制得镁碳砖。
所制镁碳砖在200~220℃下烘烤24h,对其中低温强度进行测试:烘后常温抗折强度为5.38~5.56MPa;烘后常温耐压强为40.7~42.5MPa;600℃烧后常温抗折强度为3.43~3.61MPa;600℃烧后常温耐压强度为27.2~29.0MPa;1200℃烧后常温抗折强度为5.53~5.71MPa;1200℃烧后常温耐压强度为39.0~40.8MPa。
实施例2
一种木质素改性酚醛树脂及其使用方法。木质素改性酚醛树脂的原料及其含量是,苯酚为22~24wt%,甲醛为56~58wt%,木质素磺酸钙为18~20wt%。
按上述原料及其含量,先将苯酚在60~70℃下熔融成液态,置入反应釜中,再将木质素磺酸钙加入到液态苯酚中,搅拌均匀;然后外加所述原料1.5~2wt%的氨水,在75~90℃条件下搅拌0.4~0.6h,加入甲醛,继续搅拌1~3h,减压脱水,得到木质素改性酚醛树脂。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂经检测:游离酚为0.18~0.22wt%;游离醛为0.12~0.16wt%;粘度为710.83~732.96mpa.s;固含量为44.7~45.5wt%。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂用于镁碳砖,木质素改性酚醛树脂的加入量为镁碳砖的4~5wt%。其使用方法是:
先将镁砂骨料干混3min,再缓慢加入木质素改性酚醛树脂混合9~15min,然后加入细粉混合9~15min,困料后压制成型,制得镁碳砖。
所制镁碳砖在200~220℃下烘烤24h,对其中低温强度进行测试:烘后常温抗折强度为5.52~5.70MPa;;烘后常温耐压强为42.1~43.9MPa;600℃烧后常温抗折强度为4.09~4.27MPa;600℃烧后常温耐压强度为29.1~30.9MPa;1200℃烧后常温抗折强度为5.83~6.01MPa;1200℃烧后常温耐压强度为41.1~42.9MPa。
实施例3
一种木质素改性酚醛树脂及其使用方法。木质素改性酚醛树脂的原料及其含量是,苯酚为24~26wt%,甲醛为62~64wt%,木质素磺酸钙为12~14wt%。
按上述原料及其含量,先将苯酚在60~70℃下熔融成液态,置入反应釜中,再将木质素磺酸钙加入到液态苯酚中,搅拌均匀;然后外加所述原料3~5wt%的氢氧化钠,在75~90℃条件下搅拌0.4~0.6h,加入甲醛,继续搅拌1~3h,减压脱水,得到木质素改性酚醛树脂。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂经检测:游离酚为0.16~0.20wt%;游离醛为0.14~0.18wt%;粘度为440.22~460.34mpa.s;固含量为46.2~47.0wt%。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂用于铝碳砖,木质素改性酚醛树脂的加入量为铝碳砖的3~4wt%。其使用方法是:
先将板状刚玉骨料干混3min,再缓慢加入木质素改性酚醛树脂混合9~15min,然后加入细粉混合9~15min,困料后压制成型,制得铝碳砖。
所制铝碳砖在200~220℃下烘烤24h,对其中低温强度进行测试:烘后常温抗折强度为16.5~18.4MPa;烘后常温耐压强为110.4~125.3MPa;600℃烧后常温抗折强度为7.51~9.63MPa;600℃烧后常温耐压强度为58.4~61.2Mpa。
实施例4
一种木质素改性酚醛树脂及其使用方法。木质素改性酚醛树脂的原料及其含量是,苯酚为26~28wt%,甲醛为58~60wt%,木质素磺酸钙为14~16wt%。
按上述原料及其含量,先将苯酚在60~70℃下熔融成液态,置入反应釜中,再将木质素磺酸钙加入到液态苯酚中,搅拌均匀;然后外加所述原料2~2.5wt%的氨水,在75~90℃条件下搅拌0.4~0.6h,加入甲醛,继续搅拌1~3h,减压脱水,得到木质素改性酚醛树脂。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂经检测:游离酚为0.22~0.26wt%;游离醛为0.16~0.20wt%;粘度为530.80~550.92;固含量为45.4~46.2wt%。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂用于铝碳砖,木质素改性酚醛树脂的加入量为铝碳砖的4~5wt%。其使用方法是:
先将板状刚玉骨料干混3min,再缓慢加入木质素改性酚醛树脂混合9~15min,然后加入细粉混合9~15min,困料后压制成型,制得铝碳砖。
所制铝碳砖在200~220℃下烘烤24h,对其中低温强度进行测试:烘后常温抗折强度为17.4~19.0MPa;烘后常温耐压强为115.3~130.5MPa;600℃烧后常温抗折为8.42~10.34MPa;600℃烧后常温耐压为64.3~68.5Mpa。
实施例5
一种木质素改性酚醛树脂及其使用方法。木质素改性酚醛树脂的原料及其含量是,苯酚为20~22wt%,甲醛为60~62wt%,木质素磺酸钙为16~18wt%。
按上述原料及其含量,先将苯酚在60~70℃下熔融成液态,置入反应釜中,再将木质素磺酸钙加入到液态苯酚中,搅拌均匀;然后外加所述原料1.5~2wt%的氨水,在75~90℃条件下搅拌0.4~0.6h,加入甲醛,继续搅拌1~3h,减压脱水,得到木质素改性酚醛树脂。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂经检测:游离酚为0.17~0.21wt%;游离醛为0.15~0.19wt%;粘度为830.52~850.64mpa.s;固含量为43.8~44.6wt%。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂用于铝碳砖砖,木质素改性酚醛树脂的加入量为铝碳砖的3~4wt%。其使用方法是:
先将板状刚玉骨料干混3min,再缓慢加入木质素改性酚醛树脂混合9~15min,然后加入细粉混合9~15min,困料后压制成型,制得铝碳砖。
所制铝碳砖在200~220℃下烘烤24h,对其中低温强度进行测试:烘后常温抗折强度为15.5~17.3MPa;烘后常温耐压强为108.6~120.4MPa;600℃烧后常温抗折强度为7.01~8.85MPa;600℃烧后常温耐压强度为53.5~58.2Mpa。
实施例6
一种木质素改性酚醛树脂及其使用方法。木质素改性酚醛树脂的原料及其含量是,苯酚为22~24wt%,甲醛为56~58wt%,木质素磺酸钙为18~20wt%。
按上述原料及其含量,先将苯酚在60~70℃下熔融成液态,置入反应釜中,再将木质素磺酸钙加入到液态苯酚中,搅拌均匀;然后外加所述原料2~4wt%的氢氧化钠,在75~90℃条件下搅拌0.4~0.6h,加入甲醛,继续搅拌1~3h,减压脱水,得到木质素改性酚醛树脂。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂经检测:游离酚为0.13~0.17wt%;游离醛为0.17~0.21wt%;粘度为490.20~508.31mpa.s;固含量为46.0~46.8wt%。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂用于铝碳砖砖,木质素改性酚醛树脂的加入量为铝碳砖的4~5wt%。其使用方法是:
先将板状刚玉骨料干混3min,再缓慢加入木质素改性酚醛树脂混合9~15min,然后加入细粉混合9~15min,困料后压制成型,制得铝碳砖。
所制铝碳砖在200~220℃下烘烤24h,对其中低温强度进行测试:烘后常温抗折强度为16.2~17.8MPa;烘后常温耐压强为109.7~124.6MPa;600℃烧后常温抗折强度为7.64~9.76MPa;600℃烧后常温耐压强度为58.9~62.7Mpa。
实施例7
一种木质素改性酚醛树脂及其使用方法。木质素改性酚醛树脂的原料及其含量是,苯酚为24~26wt%,甲醛为62~64wt%,木质素磺酸钙为12~14wt%。
按上述原料及其含量,先将苯酚在60~70℃下熔融成液态,置入反应釜中,再将木质素磺酸钙加入到液态苯酚中,搅拌均匀;然后外加所述原料2~2.5wt%的氨水,在75~90℃条件下搅拌0.4~0.6h,加入甲醛,继续搅拌1~3h,减压脱水,得到木质素改性酚醛树脂。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂经检测:游离酚为0.20~0.24wt%;游离醛为0.20~0.24wt%;粘度为680.47~705.56mpa.s;固含量为45.0~45.8wt%。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂用于镁碳砖,木质素改性酚醛树脂的加入量为镁碳砖的3~4wt%。其使用方法是:
先将镁砂骨料干混3min,再缓慢加入木质素改性酚醛树脂混合9~15min,然后加入细粉混合9~15min,困料后压制成型,制得镁碳砖。
所制镁碳砖在200~220℃下烘烤24h,对其中低温强度进行测试:烘后常温抗折强度为5.63~5.81MPa;烘后常温耐压强为41.7~43.5MPa;600℃烧后常温抗折强度为3.81~3.99MPa;600℃烧后常温耐压强度为28.1~29.9MPa;1200℃烧后常温抗折强度为5.71~5.89MPa;1200℃烧后常温耐压强度为40.4~42.2MPa。
实施例8
一种木质素改性酚醛树脂及其使用方法。木质素改性酚醛树脂的原料及其含量是,苯酚为26~28wt%,甲醛为58~60wt%,木质素磺酸钙为14~16wt%。
按上述原料及其含量,先将苯酚在60~70℃下熔融成液态,置入反应釜中,再将木质素磺酸钙加入到液态苯酚中,搅拌均匀;然后外加所述原料3~5wt%的氢氧化钠,在75~90℃条件下搅拌0.4~0.6h,加入甲醛,继续搅拌1~3h,减压脱水,得到木质素改性酚醛树脂。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂经检测:游离酚为0.16~0.20wt%;游离醛为0.23~0.27wt%;粘度为400.45~420.37mpa.s;固含量为46.3~47.1wt%。
本实施例所制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂用于镁碳砖,木质素改性酚醛树脂的加入量为镁碳砖的4~5wt%。其使用方法是:
先将镁砂骨料干混3min,再缓慢加入木质素改性酚醛树脂混合9~15min,然后加入细粉混合9~15min,困料后压制成型,制得镁碳砖。
所制镁碳砖在200~220℃下烘烤24h,对其中低温强度进行测试:烘后常温抗折强度为5.83~6.01MPa;烘后常温耐压强为42.8~44.6MPa;600℃烧后常温抗折强度为4.72~4.90MPa;600℃烧后常温耐压强度为29.8~31.6MPa;1200℃烧后常温抗折强度为6.04~6.24MPa;1200℃烧后常温耐压强度为42.1~43.9MPa。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下优点:
(1)由于本具体实施方式以木质素磺酸钙为原料,其具有比碱木素更好的分散性、粘合性和增塑性;具有比木质素磺酸钠更好的高温性能,故采用木质素磺酸钙为原料所制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂用于含碳耐火材料后的高温性能明显高于采用木质素磺酸钠原料所制备的木质素改性酚醛树脂。
(2)由于本具体实施方式将木质素磺酸钙、苯酚和甲醛通过直接法合成木质素改性酚醛树脂,省去了对木质素磺酸钙的活化处理工艺,故本具体实施方式生产工艺简单,反应易控制。所制备的木质素改性酚醛树脂性能优良,经检测:游离酚为0.11~0.26wt%;游离醛为0.10~0.27wt%;粘度为400.45~850.64mpa.s;固含量为43.8~47.1wt%
(3)由于本具体实施方式所用的木质素磺酸钙来源于纸浆废液,价格便宜,以其为原料合成木质素改性酚醛树脂不仅降低了原材料的成本,且同时对纸浆废液进行利用减少了环境污染。
(4)本具体实施方式制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂应用于含碳耐火材料,其固化后复杂的三维网络互穿结构可以提高含碳耐火材料的中低温性能。如作为结合剂用于镁碳砖,镁碳砖的性能是:烘后常温抗折强度为5.38~6.01MPa,烘后常温耐压强为40.7~44.6MPa,600℃烧后常温抗折强度为3.43~4.90MPa,600℃烧后常温耐压强度为27.2~31.6MPa,1200℃烧后常温抗折强度为5.53~6.24MPa,1200℃烧后常温耐压强度为39.0~43.9MPa;作为结合剂用于铝碳砖,铝碳砖的性能是:烘后常温抗折强度为15.5~19.0MPa,烘后常温耐压强为108.6~130.5MPa,600℃烧后常温抗折强度为7.01~10.34MPa,600℃烧后常温耐压强度为53.5~68.5Mpa。
因此,本具体实施方式生产工艺简单、价格便宜和环境友好,所制备的木质素改性酚醛树脂作为结合剂能提高含碳耐火材料的中低温性能。

Claims (4)

1.一种木质素改性酚醛树脂,其特征在于所述木质素改性酚醛树脂的原料及其含量是:苯酚为20~28wt%,甲醛为56~64wt%,木质素磺酸钙为12~20wt%;
按上述原料及其含量,先将苯酚在60~70℃下熔融成液态,置入反应釜中,再将木质素磺酸钙加入到液态苯酚中,搅拌均匀;然后外加所述原料2~5wt%的氢氧化钠或外加所述原料1.5~2.5wt%的氨水,在75~90℃条件下搅拌0.4~0.6h,加入甲醛,继续搅拌1~3h,减压脱水,得到木质素改性酚醛树脂。
2.如权利要求1所述的木质素改性酚醛树脂的使用方法,其特征在于该木质素改性酚醛树脂作为结合剂用于含碳耐火材料,木质素改性酚醛树脂的加入量为含碳耐火材料的3~5wt%。
3.根据权利要求2所述的木质素改性酚醛树脂的使用方法,其特征在于所述的木质素改性酚醛树脂使用时先用木质素改性酚醛树脂3~5wt%的乙二醇和10~15wt%的无水乙醇调试粘度。
4.根据权利要求2所述木质素改性酚醛树脂的使用方法,其特征在于所述含碳耐火材料为镁碳砖或铝碳砖。
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