CN104837897B - 低分子量木质素与木质素一起用于生产苯酚‑甲醛粘结剂组合物的应用 - Google Patents

低分子量木质素与木质素一起用于生产苯酚‑甲醛粘结剂组合物的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生产粘结剂组合物的方法，该方法包括以下步骤：(i)在催化剂存在下形成包含反应物组分的水性组合物，所述反应物组分包括具有11‑60个木质素单元的木质素分子，具有1‑10个木质素单元的木质素分子，可聚合物质和交联剂；(ii)在60–95℃的温度煮制组合物，使反应物组分聚合，直到形成具有预定粘度值的粘结剂组合物。

Description

低分子量木质素与木质素一起用于生产苯酚-甲醛粘结剂组 合物的应用
技术领域
本发明涉及生产粘结剂组合物的方法，以及粘结剂组合物和粘结剂组合物的不同应用。
发明背景
木质素是天然聚合物，可以从例如木材中提取。由于木质素是天然生物聚合物，其代替合成材料用作胶水中的组分已有研究，从而实现更环保的粘合剂组合物。特别是，代替酚醛树脂(例如苯酚-甲醛树脂)中合成苯酚的能力已经成为现有技术的目标。
不同类型的粘合剂组合物(例如酚醛胶)可以用于木质产品。这类胶水的例子包括包含苯酚-甲醛树脂的组合物。传统上，合成苯酚-甲醛树脂是通过苯酚与甲醛在催化剂存在下聚合来生产的。这类催化剂的例子是氢氧化钠(NaOH)和酸。用于生产苯酚甲醛树脂的方法包括以逐步方式将甲醛加入苯酚组合物中，然后将形成的组合物的温度升高到80–90℃。该组合物在此温度煮制，直到形成的树脂达到所需的粘度或者达到所需的聚合物链长。
木质素可用于减少树脂组合物中合成苯酚的量的目的。木质素之前已经在生产木质素-苯酚-甲醛树脂的过程中用于代替苯酚。
在最终的树脂(例如苯酚甲醛树脂)中最多30％的合成苯酚可以被木质素代替，但是更高的代替比例会导致所产生的胶水的性质无法令人满意。
因此，本发明人已经认识到需要一种方法，该方法能够实现组合物中更高的苯酚替代，因此得到具有适用于不同应用的性质的更环保的粘结剂组合物。
发明目的
本发明的目的是提供一类新方法，用于代替至少一部分在生产粘结剂组合物中所用的合成材料。特别是，本发明的目的是生产用于例如粘合剂应用中的更环保的粘结剂组合物。
发明概述
根据本发明的方法的特征如权利要求1中所述。
根据本发明的粘结剂组合物的特征如权利要求16中所述。
根据本发明的粘合剂组合物的特征如权利要求17中所述。
根据本发明的用途的特征如权利要求18和19中所述。
附图简要说明
包括附图以提供对本发明的进一步理解，附图构成说明书的一部分，举例说明本发明的一些实施方式，与说明书一起帮助解释本发明的原理。附图中：
图1是说明根据本发明的一种实施方式的方法的流程图，
图2是说明根据本发明的另一种实施方式的方法的流程图。
发明详述
本发明涉及生产粘结剂组合物的方法，该方法包括以下步骤：
(i)在催化剂存在下形成包含反应物组分的水性组合物，所述反应物组分包括具有11-60个木质素单元的木质素分子，具有1-10个木质素单元的木质素分子，可聚合物质和交联剂；
(ii)在45–95℃的温度下煮制组合物，使反应物组分聚合，直到形成具有预定粘度值的粘结剂组合物。
在本说明书中，除非另有说明，表述“具有11-60个木质素单元的木质素分子”指高分子量木质素。在本说明书中，除非另有说明，表述“具有1-10个木质素单元的木质素分子”应理解为指低分子量木质素。
本发明涉及生产粘结剂组合物的方法，该方法包括以下步骤：
(i)在催化剂存在下形成包含反应物组分的水性组合物，所述反应物组分包括高分子量木质素，低分子量木质素，可聚合物质和交联剂；
(ii)在45–95℃的温度下煮制组合物，使反应物组分聚合，直到形成具有预定粘度值的粘结剂组合物；
其中，高分子量木质素包括具有11–60个木质素单元的木质素分子，低分子量木质素包括具有1–10个木质素单元的木质素分子。
在本说明书中，除非另有说明，表述“高分子量木质素”应理解为包括具有11-60个木质素单元的木质素分子。
在本说明书中，除非另有说明，表述“低分子量木质素”应理解为包括具有1-10个木质素单元的木质素分子。
在本说明书中，除非另有说明，表述“木质素单元”应理解为苯基丙烷。苯基丙烷可包括连接在其上的OH-和/或OMe基团。木质素单元通过醚键相互交联。一个苯基丙烷包括9个碳原子。
用于将木质素与例如生物质分离或隔离的不同方法的缺点在于由于所采用的低pH环境导致木质素在方法过程中缩合。因此，分离的木质素具有相当低的反应性和非均相性质，这影响在生产粘结剂组合物过程中与其它反应物组分的反应。木质素的低反应性已经成为阻碍用生物基木质素以更高替代水平代替粘结剂组合物中例如合成苯酚的原因之一。已经认识到目前可商购的粘结剂组合物(其中最多50–60％的合成苯酚被木质素替代)的性质对于胶水应用而言还是不可接受的，例如，胶接接头的强度达不到所需的水平。
本发明人令人惊讶地发现，通过在粘结剂组合物生产过程中使用低分子量木质素与一部分高分子量木质素的组合，可以实现对粘结剂组合物中例如合成苯酚的更高的替代水平。已经发现，使用被认为比高分子量木质素反应性更高的低分子量木质素，可以例如推动粘结剂组合物生产中反应的进行。
在本发明的一个实施方式中，将高分子量木质素从黑液、硫酸盐木质素，源自生物质的木质素、来自碱性制浆方法的木质素、来自苏打方法的木质素，来自有机溶剂制浆的木质素或它们的组合中分离。在本发明的一个实施方式中，将低分子量木质素从黑液、硫酸盐木质素，源自生物质的木质素、来自碱性制浆方法的木质素、来自苏打方法的木质素，来自有机溶剂制浆的木质素或它们的组合中分离。
低分子量木质素和高分子量木质素可以用不同种类的方法或工序从不同的来源分离。例如，低分子量木质素可利用超滤、纳米过滤或连续沉淀从硫酸盐木质素中分离。低分子量木质素还可以例如通过超滤从黑液中分离。
在本说明书中，除非另有说明，表述“木质素”应理解为适用于本发明的任何木质素。
木质素可包括基本纯的木质物，以及木质素衍生物和木质素改性物。
表述“基本纯的木质素”应理解为至少90％纯的木质素，优选至少95％纯的木质素。在本发明的一个实施方式中，基本纯的木质素包含最多10％、优选最多5％的其它组分。这些其它组分的例子可以是提取物和碳水化合物，诸如半纤维素。
在本说明书中，除非另有说明，“硫酸盐木质素(kraft lignin)”指源自硫酸盐黑液的木质素。黑液是木质素残余物、半纤维素和用于硫酸盐制浆方法的无机化学试剂的碱性水溶液。来自该制浆方法的黑液包含各种比例的源自不同软木和硬木物种的组分。可通过不同的技术从黑液中分离木质素，所述技术包括例如沉淀和过滤。木质素通常在低于11-12的pH值开始沉淀。为了沉淀不同性质的木质素部分，可以使用不同的pH值。这些木质素部分在分子量分布(例如Mw和Mn)、多分散性、半纤维素和提取物含量方面互不相同。在较高pH值沉淀的木质素的摩尔质量高于在较低pH沉淀的木质素的摩尔质量。此外，在较低pH值沉淀的木质素部分的分子量分布宽于在较高pH沉淀的木质素部分的分子量分布。因此，根据胶粘应用的终端用途，可以改变木质素的性质。
可以使用酸性洗涤步骤纯化沉淀的木质素，除去无机杂质、半纤维素和木材提取物。可通过过滤实现进一步的纯化。
在本发明的一个实施方式中，木质素的干物质含量例如低于98％，优选为40–80％，更优选为50–70％。
在本发明的一个实施方式中，将木质素从纯生物质中分离。分离过程首先是用强碱将生物质液化，然后进行中和处理。在碱处理后，可以按照上述类似的方式沉淀木质素。在本发明的一个实施方式中，从生物质中分离木质素包括酶处理的步骤。酶处理改性了要从生物质中提取的木质素。从纯生物质中分离的木质素是无硫的，因而在进一步处理中是有价值的。
在本发明的一个实施方式中，最终粘结剂组合物的预定粘度值为至少40cP，优选至少50cP，更优选至少80cP。在本发明的一个实施方式中，最终粘结剂组合物的预定粘度值为至少40cP但不大于250cP，优选至少50cP但不大于150cP，更优选至少80cP但不大于120cP。
在本发明的一个实施方式中，最终粘结剂组合物的预定粘度值为至少250cP，优选至少300cP，更优选至少500cP。在本发明的一个实施方式中，最终粘结剂组合物的预定粘度值为至少250cP但不大于1500cP，优选至少300cP但不大于1200cP，更优选至少500cP但不大于1000cP。该粘度值是使用旋转粘度仪在25℃测量的。根据要使用粘结剂组合物的具体应用，可改变最终粘结剂组合物的预定粘度值。
在本发明的一个实施方式中，高分子量木质素在用于生产粘结剂组合物的方法之前先进行碱化。在本发明的一个实施方式中，低分子量木质素在用于生产粘结剂组合物的方法之前先进行碱化。木质素的碱化使得木质素的反应性更高。在一个实施方式中，碱化包括在30–70℃的温度加热条件下形成包含碱和木质素的水性分散体，以及在50-95℃的温度加热形成的分散体15分钟到2小时，生产碱化的木质素。碱可包括碱金属的氢氧化物。通过碱化对木质素进行处理活化了木质素，使其更适用于进一步应用。
在本发明的一个实施方式中，具有11-60个木质素单元的木质素分子与具有1-10个木质素单元的木质素分子的重量比为0.1–20，优选为0.2–10，更优选为0.5–5。
在本发明的一个实施方式中，形成水性组合物的步骤(i)包括以下步骤：
(ia)形成包含11–60个木质素单元的木质素分子的分散体；和
(ib)使可聚合物质和交联剂与所述分散体合并，形成水性组合物。
在本发明的一个实施方式中，步骤(ib)包括添加催化剂。
在本发明的一个实施方式中，形成水性组合物的步骤(i)在步骤(ib)之后包括以下步骤：
(ic)煮制所形成的组合物，直到组合物具有的粘度相当于最终粘结剂组合物预定粘度值的15-70％；和
(id)向组合物中添加作为反应物组分的具有1–10个木质素单元的木质素分子。
在本发明的一个实施方式中，步骤(ia)和/或步骤ib)包括添加作为反应物组分的具有1–10个木质素单元的木质素分子。
在本发明的一个实施方式中，步骤(ia)包括将木质素溶解在溶剂中。在本发明的一个实施方式中，所述溶剂包括氢氧化钠。在本发明的一个实施方式中，步骤(ia)包括添加水。
在步骤(ia)的过程中，分散体的温度可从室温提高到70℃。
在一个实施方式中，可聚合物质(例如苯酚)的全部用量一次性加入组合物中。在本发明的一个实施方式中，交联剂(例如醛)逐步加入。以逐步的方式添加醛保证了组合物的温度不会升高得过多或过快。
在本发明的一个实施方式中，步骤(i)包括将组合物保持在最高75℃的温度。
在本发明的一个实施方式中，步骤(ic)包括将组合物的温度保持在40–95℃，优选50–85℃，更优选60–80℃。
在本发明的一个实施方式中，在步骤(id)之前，将组合物的温度降低到低于85℃，优选低于65℃。
在本发明的一个实施方式中，步骤(ii)包括优选在50–85℃的温度、更优选在60–80℃的温度煮制组合物。
在本发明的一个实施方式中，在步骤(id)之前、之中或之后，组合物的温度升高到45–95℃，优选50–85℃，更优选60–80℃。
在生产粘结剂组合物的过程中，可通过冷却和/或加热组合物来控制温度。
在本发明的一个实施方式中，具有11-60个木质素单元的木质素分子和具有1-10个木质素单元的木质素分子与可聚合物质的重量比至少为0.2，优选至少为1，更优选至少为5。
在本发明的一个实施方式中，具有1-10个木质素单元的木质素分子的量是具有11-60个木质素单元的木质素分子的量的1-95％，优选3–60％，更优选5-30％。
在本发明的一个实施方式中，基于其干含量，用于生产粘结剂组合物的具有11-60个木质素单元的木质素分子、催化剂/溶剂、可聚合物质、交联剂和具有1-10个木质素单元的木质素分子的量之间的关系如下所示：18–60重量％、优选26–45重量％的交联剂和催化剂/溶剂，82–40重量％、优选74–55重量％的可聚合物质、具有11-60个木质素单元的木质素分子和具有1-10个木质素单元的木质素分子。
在本发明的一个实施方式中，交联剂选自下组：醛、醛衍生物、形成醛的化合物以及它们的组合。在本发明的一个实施方式中，醛衍生物是六亚甲基四胺、多聚甲醛或三噁烷。在本发明的一个实施方式中，交联剂选自下组：芳族醛、乙二醛、糠醇、己内酰胺和二醇化合物。醛可以是甲醛。芳族醛可以是糠醛。在本发明的一个实施方式中，交联剂是生物基交联剂。在本发明的一个实施方式中，交联剂是醛，优选是甲醛。
在本发明的一个实施方式中，可聚合物质是选自苯酚类的化合物。在本发明的一个实施方式中，可聚合物质选自下组：苯酚、甲酚、间苯二酚和它们的组合。在本发明的一个实施方式中，所述可聚合物质是苯酚。在本发明的一个实施方式中，可聚合物质选自下组：生物基羟基苯酚和它们的衍生物。在本发明的一个实施方式中，可聚合物质是生物基可聚合物质。在本发明的一个实施方式中，可聚合物质选自下组：木质素和丹宁。
在本发明的一个实施方式中，步骤(i)包括丹宁作为反应物组分。
在本发明的一个实施方式中，所用的丹宁来源自任何木材物种。丹宁可来源于例如树皮或芯材。白雀树、山毛榉树和金合欢树是可能的丹宁来源的例子。
在本发明的一个实施方式中，所用的丹宁来源自软木树皮。在本发明的一个实施方式中，从锯木厂或纸浆厂的去皮装置的软木树皮中分离丹宁。分离方法可以与软木树皮的乙醇提取方法、热水提取方法、热蒸汽提取方法或水-乙醇提取方法相组合。
在本发明的一个实施方式中，所述丹宁是缩合丹宁。缩合丹宁具有高干物质含量，因此适用于本发明。缩合丹宁的干物质含量可以为40–100％，适宜为60–90％，优选为70–80％。具有该干物质含量的丹宁容易分散，由此实现与其它反应物组分良好的反应性。丹宁也可是可水解的丹宁。
在本发明的一个实施方式中，该方法包括在将丹宁加入组合物中之前先分散丹宁。如果用于生产粘结剂组合物的丹宁的量超过要用于生产粘结剂组合物的组分的总干物质含量的3％、优选超过5％、更优选超过8％，则在丹宁被加入到组合物中之前对其进行分散。
本发明的方法令人惊奇地产生更环保的粘结剂组合物，这是因为在粘结剂生产方法中，作为酚类聚合物的天然聚合物木质素至少部分地替代了常用于生产酚类组合物的合成苯酚物质如苯酚甲醛树脂。关于为何本发明方法能产生上述优点，本发明不受限于任何特定的理论，可以考虑木质素至少部分替代例如苯酚的适用性是基于以下事实，即木质素与醛(例如甲醛)以非常相似于苯酚的方式反应。在本发明方法中使用分子量特别低的木质素作为反应添加剂促进了这类木质素基酚类组合物的胶粘性质。
在本发明的一个实施方式中，催化剂包括碱金属的盐或氢氧化物。在本发明的一个实施方式中，催化剂选自下组：氢氧化钠、氢氧化钾、酸和它们的组合。在本发明的一个实施方式中，催化剂是氢氧化钠。
例如，根据形成的粘结剂组合物所需的性质，可改变粘结剂组合物生产所需的组分的混合和/或添加的精确顺序。本领域技术人员基于本说明书，能够对混合和/或添加所需组分的顺序进行选择。用于生产粘结剂组合物的组分的精确量可变化，基于该说明书，对不同组分的量的选择在本领域技术人员所掌握的知识范围内。
当确定用于生产粘结剂组合物的各组分混合和合并的顺序时，应该考虑低分子量木质素比高分子量木质素反应性更高。因此，优选高分子量木质素比低分子量木质素在水性组合物中中煮制更长的时间。这样可以确保高分子量木质素有足够的时间与交联剂(例如醛)反应。
本发明还涉及可通过本发明方法得到的粘结剂组合物。
本发明还涉及包含本发明粘结剂组合物的粘合剂组合物。粘合剂组合物还包含一种或多种选自下组的粘合剂组分：其它粘结剂、增量剂、添加剂、催化剂和填料。粘结剂是这样一种物质，其主要负责产生聚合物的生长和交联，由此有助于聚合物体系的固化。增量剂是这样一种物质，其通过调节物理性质(例如调节粘结水分)来辅助粘结剂。添加剂可以是聚合物或无机化合物，其有助于填充、软化、降低成本、调节湿度、提高韧性和增加挠性等性质。催化剂是常常促进和调节固化速度的物质。在本文中，“物质”应理解为包括化合物或组合物。本发明的粘结剂组合物可用作粘合剂组合物中的粘结剂，增充剂、添加剂、催化剂和/或填料。
在本发明的一个实施方式中，层状的复合结构可由两个或更多个层形成，其中包括至少一个薄木片层，其中所述层以层叠的方式排列，通过用本发明粘结剂组合物和/或本发明粘合剂组合物胶粘的方式组合在一起。在本说明书中，除非另有说明，术语“薄木片”用于表示可由任何材料如基于木材的材料、纤维材料、复合材料等形成的薄片。在上下文中，薄木片的厚度可以改变。通常，薄木片的厚度低于3mm。
在本发明的一个实施方式中，层状复合结构选自下组：木画板产品，胶合板产品，复合产品和压板产品。层状复合结构可由多个层形成，优选薄木片层，其中所述层为层叠的形式，并且胶粘在一起。
本发明还涉及粘结剂组合物在以下用途中的应用：浸渍应用，作为涂层，用于强化塑料，用于生产挤压浇注，模塑、层叠或清漆，或者用于胶粘木质产品。本发明的粘结剂组合物还可用于胶粘塑料和木材的组合。
本发明还涉及粘合剂组合物用于胶粘木质产品的应用。
在本发明的一个实施方式中，木质产品选自下组：木板、薄木片和木棒。
上文中所述的本发明的实施方式可相互任意组合使用。数个实施方式可以组合在一起形成本发明的其它实施方式。本发明涉及的方法、组合物或应用可包括上文中所述的本发明的至少一个实施方式。
本发明方法的优点是通过在生产粘结剂组合物的过程中同时使用高分子量木质素和低分子量木质素作为反应物组分，可以得到更环保的粘结剂组合物。令人惊奇地发现，在粘结剂生产过程中，当同时使用高分子量木质素和低分子量木质素作为反应物组分时，可聚合物物质(例如合成苯酚物质，诸如苯酚)的量可以明显减少。因为苯酚是合成化合物而木质素是天然聚合物，所以最大程度地减少最终粘结剂组合物中存在的苯酚的量是有利的。
本发明方法的优点是通过在粘结剂生产方法中使用低分子量木质素，所形成的粘结剂组合物的相容性和反应行为优于仅使用高分子量木质素的情况。
本发明方法的优点是在粘结剂组合物中使用反应性更高的低分子量木质素提高了例如粘结剂组合物的固化和粘合性质，以及拉伸强度性能，即所形成的粘结剂组合物的整体性能是优异的。
因此，本发明的优点在于在最终粘结剂组合物中实现较高水平的生物基组分。当使用本发明的具体方法步骤时可实现该优点，尤其是当低分子量木质素被加入组合物中时。
实施例
下面将详细参考本发明的实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。
下文详细揭示了本发明的一些实施方式，使得本领域技术人员基于这些内容能够实现本发明。并不是实施方式的所有步骤都进行了详细讨论，这是因为在说明书的基础上，很多步骤对本领域技术人员而言是显而易见的。
图1显示了依据本发明实施方式生产粘结剂组合物的方法。
在形成包括反应物组分的水性组合物之前，对组分的来源和用量加以选择，以制备具有所需性质的粘结剂组合物。特别是对高分子量木质素和低分子量木质素的用量和来源加以选择。
在各种准备之后，进行步骤(i)，尤其是该步骤的步骤(ia)，形成包含木质素的水性分散体。在图1的实施方式中，高分子量木质素(即具有11–60个木质素单元的木质素分子)和低分子量木质素(即具有1–10个木质素单元的木质素分子)都用于步骤(ia)，用于形成木质素分散体。
例如，在步骤ia)中，可通过在例如25–60℃的温度加热的条件下混合水、氢氧化钠和木质素部分来形成分散体。
或者，如果需对木质素碱化以使木质素在粘结剂煮制步骤中的反应性更高，可通过以下方式来进行步骤(ia)：首先将水和氢氧化钠混合然后将混合物加热到约60℃。然后，可将高分子量木质素分散到组合物中，然后分散低分子量木质素。然后，使形成的分散体在约75℃的温度煮制约1小时，以形成碱化的木质素。然后，使分散体的温度降低到约50℃，以进一步使用。
在步骤(ia)中已经形成的木质素分散体、可聚合物质、交联剂和催化剂以预定的顺序添加，同时控制形成的水性组合物的温度(步骤(ib))。所选择的组分可以依次添加，或者至少部分同时添加。
在形成水性组合物的步骤(i)之后，进行步骤(ii)。步骤(ii)包括在50–95℃的温度煮制水性组合物，直到组合物达到预定粘度。
步骤(ia)、步骤(ib)和步骤(ii)之后，形成具有所需性质的粘结剂组合物。该粘结剂组合物可未经处理直接用于胶粘应用，或者可以与其它粘合剂组分一起处理用于生产粘合剂组合物。
图2显示了依据本发明另一实施方式生产粘结剂组合物的方法。
依据图2实施方式的方法按照与图1实施方式类似的方式开始，即如上关于图1所述形成碱化的木质素分散体或未碱化的木质素分散体。但是，在图2的实施方式中，在步骤(ia)中，仅高分子量木质素用于形成分散体。
在步骤(ia)中形成分散体之后，进行步骤(ib)。步骤(ib)包括添加可聚合物质、交联剂和催化剂，用于形成水性组合物。在这些组分混合后，在步骤(ic)中煮制组合物，直到组合物的粘度达到最终粘结剂组合物的预定粘度值的15–70％。组合物可以在20–95℃的温度煮制。
然后，进行步骤(id)，向组合物中添加低分子量木质素。将所形成的水性组合物的温度提高到80-90℃，在此温度煮制组合物，直到组合物达到预定的粘度，或者直到实现所需的聚合长度(图2的步骤(ii))。
步骤(ia)、步骤(ib)、步骤(ic)、步骤(id)和步骤(ii)之后，形成具有所需性质的粘结剂组合物。该粘结剂组合物可未经处理直接用于胶粘应用，或者可以与其它粘合剂组分一起处理用于生产粘合剂组合物。
实施例1–制备粘结剂组合物
在该实施例中生产粘结剂组合物。使用以下组分及其用量：
首先，将水、第一部分NaOH(NaOH-I)和高分子量木质素(HMW木质素，即平均分子量为7000g/mol的木质素)混合，形成分散体。同时，温度从室温升高到约60℃。然后，向分散体中添加一部分低分子量木质素(LMW木质素，即平均分子量为1700g/mol的木质素)，同时保持温度在25–50℃。
然后，添加所有苯酚，随后以逐步的方式添加甲醛，用于形成水性组合物。温度保持在低于75℃。在添加甲醛之后，使组合物反应10分钟，然后添加余下的低分子量木质素。在向组合物中添加第二部分NaOH(NaOH-II)之后，将组合物在85℃煮制，直到形成的组合物的粘度约为305cp。然后，冷却组合物，最终粘度为315cP。在25℃的温度测量粘度。
在该实施例中，首先形成水、NaOH和木质素的分散体，然后开始添加苯酚。但是，也可以对分散体进行碱化处理，以使所用的木质素反应性更高。通过首先使水和NaOH混合然后开始加热混合物来进行碱化。当温度达到60℃时，添加高分子量木质素，然后添加低分子量木质素。然后，温度可以达到75℃，使分散体在该温度反应约1小时，用于碱化木质素。然后，使分散体冷却到50℃，然后开始添加苯酚。
利用实施例1的工艺步骤，可以用木质素替代50％的粘结剂生产方法中常用的合成苯酚。
实施例2–制备粘结剂组合物
在该实施例中生产粘结剂组合物。使用以下组分及其用量：
首先，将水和第一部分的NaOH(NaOH-I)混合，加热到75℃的温度。然后，添加HMW木质素(即平均分子量为3000g/mol的木质素)，随后添加LMW木质素(即平均分子量为1300g/mol的木质素)。当LMW木质素也添加到分散体中时，将分散体在约75℃的温度加热约1小时，以形成碱化的木质素。
在分散体冷却到50℃之后，添加苯酚，然后以逐步的方式添加第一部分甲醛(甲醛-I)，用于形成水性组合物。然后，使温度升高到75℃，然后添加另一部分甲醛(甲醛-II)和第二部分NaOH(NaOH-II)。然后，在85℃煮制组合物，直到形成的组合物的粘度约为380cp。然后，冷却组合物，最终粘度为430cP。在25℃的温度测量粘度。
利用实施例2的工艺步骤，可以用木质素替代50％的粘结剂生产方法中常用的合成苯酚。
实施例3–制备粘结剂组合物
在该实施例中生产粘结剂组合物。使用以下组分及其用量：
首先，将水、第一部分NaOH(NaOH-I)和HMW木质素(即平均分子量为8,000g/mol的木质素)在加热条件下混合，形成分散体。然后，将温度调节到50℃,添加苯酚，然后在1小时内逐步添加甲醛。温度保持在低于75℃。在添加甲醛后，添加第二部分NaOH(NaOH-II)。在添加NaOH-II之后，在75℃煮制组合物，直到组合物的粘度为100cp。然后，向组合物中添加LMW木质素(即平均分子量为350g/mol的木质素)。在75℃继续煮制，直到形成的组合物的粘度约为305cp。然后，冷却组合物，最终粘度为350cP。在25℃的温度测量粘度。
利用实施例3的工艺步骤，可以用木质素替代66％的粘结剂生产方法中常用的合成苯酚。
实施例4–制备粘结剂组合物
在该实施例中生产粘结剂组合物。使用以下组分及其用量：
首先，将水、第一部分NaOH(NaOH-I)和HMW木质素(即平均分子量为10,000g/mol的木质素)混合，形成分散体。同时，温度从室温升高到约60℃。然后，向分散体中添加LMW木质素(即平均分子量为1,900g/mol的木质素)，同时保持温度在25–50℃。
然后，添加所有苯酚，随后以逐步的方式添加甲醛，用于形成水性组合物。温度保持在低于75℃。在添加甲醛之后，使组合物反应10分钟，然后向组合物中添加第二部分的NaOH(NaOH-II)。然后，在70℃-80℃煮制组合物，直到形成的组合物的粘度约为375cp。然后，冷却组合物，最终粘度为390cP。在25℃的温度测量粘度。
在该实施例中，首先形成水、NaOH和两种木质素部分的分散体，然后开始添加苯酚。但是，也可以依据实施例1所述的步骤对分散体进行碱化处理，以使所用的木质素反应性更高。
利用实施例4的工艺步骤，可以用木质素替代80％的粘结剂生产方法中常用的合成苯酚。
实施例5–制备粘合剂组合物
在该实施例中，实施例1中生产的粘结剂组合物用于生产粘合剂组合物。使粘结剂组合物与增充剂、填料、催化剂、添加剂混合，形成粘合剂组合物，可提及的添加剂的例子是淀粉、木粉和硬化剂(例如丹宁或碳酸酯/盐)。
实施例6–粘结剂组合物用于生产胶合板产品
用实施例2生产的粘结剂组合物将厚度小于3mm的薄木片胶合在一起，产生7层-胶合板。结果显示对于胶合薄木片的胶合效果足够好。
实施例7–粘合剂组合物用于生产胶合板产品
在该实施例中，将实施例5的粘合剂组合物施涂到薄木片上。通过粘合剂组合物将薄木片连接在一起，形成胶合板。粘合剂组合物的干物质含量为45-55％。用热压技术在120–170℃的温度挤压带有粘合剂组合物的薄木片。粘合剂组合物同时固化。本发明的粘合剂组合物被发现适用于将薄木片胶合在一起，用于制造胶合板。
实施例8–粘结剂组合物用于生产层叠产品
在该实施例中，实施例3生产的粘结剂组合物用于浸渍应用。在层叠产品生产的过程中，用粘结剂组合物的醇溶液浸渍纸，然后将经过浸渍的层转移到加热炉中。醇挥发，粘结剂组合物部分固化。包含这种半固化组合物的层以层叠的方式排列，通过热压技术进行烘培，从而形成均匀的厚板或层叠产品。
在上述实施例所述的粘结剂生产方法中，苯酚和甲醛分别用作可聚合物质和交联剂的例子。但是，说明书中所述的任何其它可聚合物质或交联剂可等同地用于粘结剂组合物生产方法中，因为在本说明书的基础上这对本领域技术人员而言是显而易见的。
对本领域技术人员显而易见的是借助技术的进步，本发明的基本理念可由不同的方式实施。因此，本发明及其实施方式不受限于上述实施例，而是它们可在权利要求范围内变化。

Claims (29)

1.一种生产粘结剂组合物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(i)在催化剂存在下形成包含反应物组分的水性组合物，所述反应物组分包括具有11-60个木质素单元的木质素分子，具有1-10个木质素单元的木质素分子，可聚合物质和交联剂，其中具有11-60个木质素单元的木质素分子与具有1-10个木质素单元的木质素分子的重量比为0.1-20；
(ii)在45–95℃的温度煮制组合物，使反应物组分聚合，直到形成具有预定粘度值的粘结剂组合物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，具有11-60个木质素单元的木质素分子与具有1-10个木质素单元的木质素分子的重量比为0.2–10。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，具有11-60个木质素单元的木质素分子与具有1-10个木质素单元的木质素分子的重量比为0.5–5。
4.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，形成水性组合物的步骤(i)包括以下步骤：
(ia)形成包含具有11–60个木质素单元的木质素分子的分散体；和
(ib)使可聚合物质和交联剂与所述分散体合并，形成水性组合物。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(ib)包括添加催化剂。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，形成水性组合物的步骤(i)在步骤(ib)之后包括以下步骤：
(ic)煮制所形成的组合物，直到组合物具有的粘度相当于最终粘结剂组合物预定粘度值的15-70％；和
(id)向组合物中添加作为反应物组分的具有1–10个木质素单元的木质素分子。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(ia)和/或步骤ib)包括添加作为反应物组分的具有1–10个木质素单元的木质素分子。
8.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(i)包括将组合物的温度保持在最高75℃。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(ic)包括将组合物的温度保持在45–95℃。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(ic)包括将组合物的温度保持在50–85℃。
11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(ic)包括将组合物的温度保持在60–80℃。
12.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(id)之前，将组合物的温度降低到低于85℃。
13.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(id)之前，将组合物的温度降低到低于65℃。
14.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(ii)包括在50–85℃的温度煮制组合物。
15.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(ii)包括在60–80℃的温度煮制组合物。
16.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(id)之前、之中或之后，组合物的温度升高到45–95℃。
17.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(id)之前、之中或之后，组合物的温度升高到50–85℃。
18.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(id)之前、之中或之后，组合物的温度升高到60–80℃。
19.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，具有11-60个木质素单元的木质素分子和具有1-10个木质素单元的木质素分子与可聚合物质的重量比至少为0.2。
20.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，具有11-60个木质素单元的木质素分子和具有1-10个木质素单元的木质素分子与可聚合物质的重量比至少为1。
21.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，具有11-60个木质素单元的木质素分子和具有1-10个木质素单元的木质素分子与可聚合物质的重量比至少为5。
22.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，所述交联剂是醛。
23.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，所述交联剂是甲醛。
24.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，所述可聚合物质选自下组：苯酚、甲酚、间苯二酚和它们的组合。
25.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，所述催化剂是氢氧化钠。
26.通过如权利要求1-25中任一项所述的方法得到的粘结剂组合物。
27.一种包含权利要求26所述的粘结剂组合物的粘合剂组合物。
28.权利要求26所述的粘结剂组合物在以下用途中的应用：浸渍应用，作为涂料，用于强化塑料，用于生产挤压浇注产品，层叠产品或清漆，或者用于胶合木质产品。
29.权利要求27所述的粘合剂组合物在胶合木质产品中的应用。
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