CN104817668A

CN104817668A - 一种利用玉米秸秆碱木质素制作酚醛泡沫的工艺

Info

Publication number: CN104817668A
Application number: CN201510228534.4A
Authority: CN
Inventors: 翟立安; 翟羽佳
Original assignee: Jiangsu Qian Xiang Novel Material Science And Technology Ltd
Current assignee: Jiangsu Qian Xiang Novel Material Science And Technology Ltd
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2015-08-05

Abstract

本发明公开了一种利用玉米秸秆碱木质素制作酚醛泡沫的工艺，采用响应面法对玉米秸秆碱木质素进行改性，得到改性木质素；将改性木质素替代苯酚来制成酚醛树脂，然后通过常规方法制成酚醛泡沫。本发明利用了废物中含有的木质素，优化了木质素氧化降解的工艺条件，筛选了合适的改性木质素替代苯酚。改性木质素的替代率达到40%-50%，制成的酚醛泡沫应用于防火安全、环保、绿色无污染，并且老化分解少，还可回收利用，碳化以后可以去做活性炭，难以燃烧，燃烧后没有毒气。

Description

一种利用玉米秸秆碱木质素制作酚醛泡沫的工艺

技术领域

本发明涉及一种利用玉米秸秆碱木质素制作酚醛泡沫的工艺，属于生物基高分子技术领域。

背景技术

西方发达国家，我国建筑能耗较高，单位建筑面积能耗是发达国家的2-3倍以上，建材及建筑的能耗占能源总消耗的47.3%，超过所有发达国家的总和，己成为世界第二大能源消费国。因此，建筑节能是缓解我国能源紧缺矛盾、促进经济持续发展的一项直接的、廉价的系统工程，其中房屋隔热是这一系统工程中的重要一环。对建筑物的围护结构采取保温隔热措施以提高热工性能，是最重要的节能手段之一。目前在市场上占主导地位的有机泡沫阻燃材料，如聚苯乙烯泡沫，聚氯乙烯泡沫，聚氨醋泡沫等，其耐热温度低，燃烧后放出大量热量，产生大量烟毒气，既造成环境污染，也成为火灾中造成人员伤亡的主要因素之一。

酚醛泡沫是近年发展起来的一类新型泡沫，以其绝热隔热、隔音、高温性能稳定、易成型加工，及较好的耐久性而名列所有泡沫的前列，被称为“保温材料之王”。酚醛泡沫的突出特点是临界氧指数高，其氧指数一般为35%-50%，具有自熄、低烟、无滴落物、不产生有毒气体的特点，其树脂分子主链上含有大量的芳基，热解剩焦量(CR)高，燃烧时，由于其自熄、低烟、无滴落物、不产生有毒气体，形成的炭化层迅速覆盖在燃烧着的聚合物表面，从而使火焰熄灭，因此能保持良好的隔热性能和阻燃性能。

传统的发泡用酚醛树脂原料是化石资源苯酚和甲醛，在碱性条件下，酚轻基邻对位上的氢活性较高，易与甲醛发生加成缩聚反应木质素由愈创木基、紫丁香基和对轻基苯丙烷三种基本结构单元组成，与苯酚结构相似，被认为是最理想的苯酚替代物。但是工业木质素即使经过制浆造纸过程的蒸煮，反应活性仍然很低，赵临五等通过研究碱木质素的轻甲基化反应，结果表明每mo1 C9单元可以与0.33mo1甲醛反应，估计木质素每个C9单元只有0.3个活性点可以和甲醛反应，而苯酚有3个活性点可以与甲醛反应，因此木质素工业化利用一直受到限制。废弃物的资源化利用己经成为当代经济与社会发展的重要方向，为了充分利用大自然源赋予人类的这一丰富资源，必须对工业木质素进行改性，以增加木质素的反应活性。

发明内容

本发明采用了人类生产活动中的废弃物玉米秸秆碱木质素作为原料，先对其进行改性，改性后的木质素可以部分替代苯酚来制备酚醛树脂，最后制成酚醛泡沫。

本发明的技术方案如下：

一种利用玉米秸秆碱木质素制作酚醛泡沫的工艺，包括如下步骤：

（1）、采用响应面法对玉米秸秆碱木质素进行改性，得到改性木质素；

（2）、将改性木质素与其余材料混合成原料，所述原料配方如下：

改性木质素：40-60份

甲醛： 10-20份

苯酚： 20-30份

尿素： 1-5份

氢氧化钡： 1-5份；

先加入改性木质素，然后加入部分苯酚和甲醛水溶液，在80℃的条件下反应4h，加入剩余苯酚和甲醛水溶液，在80℃的条件下继续反应5h，升温至85-95℃反应2h，反应体系PH维持在9.0-10.0之间,随后加入尿素以及氢氧化钡，反应结束后，加50%盐酸中和至pH为6-7之间，减压脱水，为黑褐色黏性液体,即改性酚醛树脂；

（3）、改性酚醛树脂加入酸固化剂在常温下发泡成型，然后加热至55-65℃进行固化，冷却脱模，切割包装。

上述步骤（1）中响应面法改性玉米秸秆碱木质素的方法如下：

将玉米秸秆碱木质素、水按照1:1份的比例混合后，加入0.05份氢氧化铝溶液和0.2份的双氧水，在温度 60℃下反应条件下反应2h，最后用稀盐酸调pH至2，离心沉降，用蒸馏水洗至中性，50℃下干燥，制成改性木质素。

上述步骤（2）中改性酚醛树脂的固含量为75-85%（g/g），25℃黏度为2000-5000 m Pa·S。

上述甲醛和苯酚分两次加入，反应中第一次加入的苯酚为反应所用苯酚总质量的20-40%，甲醛为反应所用甲醛总质量的40-60%。

本发明所达到的有益效果：

本发明利用了废物中含有的木质素，优化了木质素氧化降解的工艺条件，筛选了合适的改性木质素替代苯酚。改性木质素的替代率达到40%-50%，制成的酚醛泡沫应用于防火安全、环保、绿色无污染，并且老化分解少，还可回收利用，碳化以后可以去做活性炭，难以燃烧，燃烧后没有毒气。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

首先对玉米秸秆碱木质素改性，采用响应面法。将玉米秸秆碱木质素、水按照1:1份的比例混合后，加入0.05份氢氧化铝溶液和0.2份的双氧水，在温度 60℃下反应条件下反应2h，最后用稀盐酸调pH至2，离心沉降，用蒸馏水洗至中性，50℃下干燥，制成改性木质素。

改性木质素与其余材料混合成原料，原料配方如下：

改性木质素：40份

甲醛： 20份

苯酚： 30份

尿素： 5份

氢氧化钡： 5份；

先加入改性木质素，然后加入20%苯酚和40%甲醛水溶液，在80℃的条件下反应4h，加入剩余苯酚和甲醛水溶液，在80℃的条件下继续反应5h，升温至85-95℃反应2h，反应体系PH维持在9.0-10.0之间,随后加入尿素以及氢氧化钡，尿素用于去除气味，氢氧化钡用于去除毒素。反应结束后，加50%盐酸中和至pH为6-7之间，减压脱水，为黑褐色黏性液体,即改性酚醛树脂；改性酚醛树脂加入酸固化剂在常温下发泡成型，然后加热至55-65℃进行固化，冷却脱模，切割包装。

实施例2

改性木质素与其余材料混合成原料，原料配方如下：

改性木质素：60份

甲醛： 10份

苯酚： 20份

尿素： 3份

氢氧化钡： 2份；

先加入改性木质素，然后加入40%苯酚和60%甲醛水溶液，在80℃的条件下反应4h，加入剩余苯酚和甲醛水溶液，在80℃的条件下继续反应5h，升温至85-95℃反应2h，反应体系PH维持在9.0-10.0之间,随后加入尿素以及氢氧化钡，尿素用于去除气味，氢氧化钡用于去除毒素。反应结束后，加50%盐酸中和至pH为6-7之间，减压脱水，为黑褐色黏性液体,即改性酚醛树脂；改性酚醛树脂加入酸固化剂在常温下发泡成型，然后加热至55-65℃进行固化，冷却脱模，切割包装。

HNMR 结果表明：玉米秸秆碱木质素的酚羟基含量为 3.26%，有效成分为85.35%，数均分子量为 1205。

实施例1中通过响应面法优化木质素氧化降解工艺条件，玉米秸秆碱木质素降至845，酚羟基含量增至3.90%，木质素替代量为50%。制成的醛酚泡沫压缩强度达到0.23 MPa，压缩性能指数在 3.30 左右，弯曲性能指数在 2.35 左右。

实施例2中通过响应面法优化木质素氧化降解工艺条件，玉米秸秆碱木质素降至845，酚羟基含量增至3.90%，木质素替代量为50%。制成的醛酚泡沫压缩强度达到0.21 MPa，压缩性能指数在 3.40 左右，弯曲性能指数在 2.25 左右。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用玉米秸秆碱木质素制作酚醛泡沫的工艺，其特征在于包括如下步骤：

改性木质素：40-60份

甲醛： 10-20份

苯酚： 20-30份

尿素： 1-5份

氢氧化钡： 1-5份；

2.根据权利要求1所述的一种利用玉米秸秆碱木质素制作酚醛泡沫的工艺，其特征在于：所述步骤（1）中响应面法改性玉米秸秆碱木质素的方法如下：

3.根据权利要求1所述的一种利用玉米秸秆碱木质素制作酚醛泡沫的工艺，其特征在于：所述步骤（2）中改性酚醛树脂的固含量为75-85%（g/g），25℃黏度为2000-5000 m Pa·S。

4.根据权利要求1所述的一种利用玉米秸秆碱木质素制作酚醛泡沫的工艺，其特征在于：所述甲醛和苯酚分两次加入，反应中第一次加入的苯酚为反应所用苯酚总质量的20-40%，甲醛为反应所用甲醛总质量的40-60%。