CN105505269B - 禾本科植物蒸爆木质素胶粘剂生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种木质素胶粘剂生产方法，以禾本科木质素、甲醛、苯酚为主要原料，以氢氧化钠与氢氧化钾为复合无机催化剂，采用丙二酸二乙酯和邻苯二甲酸二丙烯酯组合作为复合有机酯催化剂，经聚合而成本木质素胶粘剂，本木质素胶粘剂用于各种人造板作胶粘剂。本方法的反应条件温和，易于控制，胶粘剂质量稳定，胶接强度高，明显降低了酚醛胶粘剂的生产成本，可降低固化温度4—6℃。
Description
技术领域
本发明涉及一种用禾本科植物蒸爆木质素替代部分苯酚生产胶粘剂的方法。
背景技术
木质素(Lignin)简称木素，主要存在于木本植物和草本植物中,还存在于所有的维管植物中,木素与纤维素和半纤维素是构成植物骨架的主要成份,其在自然界的数量,是仅次于纤维素的天然有机物。每年全世界由植物生长可产生1500亿吨木素。我国虽森林资源短缺,但每年可产农作物秸秆5～6亿吨。人类利用纤维素已有数千年的历史,而木素却至今没有大量、广泛地被利用,其研究工作也只是从1930年以后才真正开始。人们在利用纤维素的同时,产生了大量的作为废弃物的木素,严重浪费了资源，还污染了环境。
目前可作为工业原料的木素主要是造纸工业的副产品，分为木素磺酸盐和碱木素两大类，用作混凝土减水剂，分散剂，泥浆处理剂，土质稳定剂，粘合剂等。同时，木素本身具有甲氧基，酚羟基，羰基和羧甲基等多种官能团和化学键，有很强的反应活性，在一定条件下能与多种基团发生置换、取代、交联和接枝反应。并且木素高分子同时具有酚和醛的分子结构，为其进行化学改性，实现综合利用提供了可能性。
虽然木素的接枝改性研究取得了一定进展,但在推广应用方面,由于工业木素不论其化学组成结构,还是分子质量都很不均一,给利用带来了一系列困难,至今在科学技术上仍没有根本性的突破。造成目前仍不能大量有效利用木素资源的根本原因大致分如下几种：(1)工业粗木素的纯化粗木素中的杂质(灰分，糖类物质)是影响木素利用的重要因素(特别是非木材木素),这也是木素产品高附加值利用首先要解决的一项技术问题；(2)工业木素反应能力低是木素改性反应的一大障碍，必须提高木素自身的反应能力。另外,木素分子质量分布的多分散性也可能是造成化学反应不均一的原因之一；(3)木素本身来源丰富,价格低廉,但用于接枝改性的单体一般较贵,而且用量多,增加了接枝改性的成本,使扩大生产变得困难,有时也难以达到理想的要求；(4)木素接枝物大都呈黑色或褐色,使其实际应用受到一定的限制；(5)没有敏感和有效地应用近年对禾本科植物木质素分子的生物化学特性的研究成果，再用蒸爆、低沸点有机溶剂溶解等工序获得的活性官能团含量特别高的木素，扩大木素的应用范围和提高创新成果的深度。
CN1306068A公布的“改性木素胶及其制作方法”，以及CN101928536A公布的“一种阻燃型改性木素胶及其制备方法”，两项发明虽然也都是从改性木质素出发，研制出一种制作木素胶的方法，都是采用草本木素和木本木素，活性官能团含量低，也未采用蒸爆法减小分子量，没有应用和分析不同植物木质素细胞的化学结构的差异，造成不同植物木质素中的活性官能团含量不同的情况；也没有考虑不同加工方法制得的木素的纯度不同，分子量不同，羧基含量不同，也就是说该两项发明，没有十分精细地选择好作原料的木质素，使制成的改性木素胶的性能尚差强人意。
CN102162199A公开了现已授权的“从禾本科植物原料中提取木质素的方法”专利技术，以禾本科植物为原料，经蒸爆、干燥、粉碎、溶解、压滤、浓缩、沉淀、分离、干燥等工序制得的粉状木质素，现已有浙江农林大学木质资源综合利用工程技术研究中心试产出该禾本科蒸爆木质素，其活性官能团含量高，木质素纯度高，取代度高，分子量低。用这一特定的禾本科蒸爆木质素作改性剂制作木素胶，尚未见有资料报道和实物面市。
为了克服现有技术的木素胶生产中存在的上述不足，本发明从降低生产成本与固化温度方面着手，提出一种新的木素胶粘剂生产方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种木素胶粘剂生产方法。
解决该技术问题采用如下技术方案：本禾本科植物蒸爆木素胶粘剂生产方法按如下步骤进行：
(1)木质素在反应液中的分散处理：在反应釜中加入水100公斤、苯酚60公斤、木质素40公斤、复合无机催化剂20公斤、复合有机酯催化剂3公斤，在40—45℃搅拌反应60分钟；
(2)木素胶中间体的制备：加入第一批甲醛70公斤，升温至55—60℃，反应60分钟，分别滴加复合无机催化剂80公斤与第二批甲醛100公斤，控制滴加速度，在55—60分钟内将上述两物质滴加完成；
(3)禾本科植物蒸爆木素胶的制取：升温至83—85℃并保温反应30mi n，在25℃测开始粘度，当粘度达到150—170mPa.s，降温出料。
本发明的有益效果是用本法制得的胶粘剂成本低廉，胶粘剂质量稳定，固化温度低，胶接强度高，可广泛用于各种人造板的粘接。
具体实施方式
本发明以下结合实施例予以详述：
本禾本科植物蒸爆木素胶粘剂生产方法按如下步骤进行：
(1)木质素在反应液中的分散处理：在反应釜中加入水100公斤、苯酚60公斤、木质素40公斤、复合无机催化剂20公斤、复合有机酯催化剂3公斤，在40—45℃搅拌反应60分钟；
(2)木素胶中间体的制备：加入第一批甲醛70公斤，升温至55—60℃，反应60分钟，分别滴加复合无机催化剂80公斤与第二批甲醛100公斤，控制滴加速度，在55—60分钟内将上述两物质滴加完成；
(3)禾本科植物蒸爆木素胶的制取：升温至83—85℃并保温反应30mi n，在25℃开始测粘度，当粘度达到150—170mPa.s，降温出料。
本方法各原料均采用单值，所示实施例即为最佳方案，若在单值基础上向上与向下扩展取一定范围的区间值，也是可行的，这是显而易见的，不再一一拓展列出。
本发明的有关化学机理是：
选用禾本科植物蒸爆浆料制得的木素粉作为本木素胶的原料，是因为禾本科植物纤维细胞壁超微结构中的木质素-多糖复合体，除包含针叶林、阔叶林也具有的苯甲醚键、苯基糖苷键、半缩醛与缩醛键外，还有阿魏酸和对-香豆酸为桥的醚、酯键等独特的结构，在蒸汽爆破中，纤维易分离，使禾本科植物原料比针叶材及阔叶材易于蒸爆法制取浆料。此外，对-羟基香豆酸、阿魏酸等结构成分能提高酚羟基、醇羟基和羧基等活性官能团的含量，这是选取易于蒸爆法制取浆料的禾本科植物为原料的内在因素。
在酚醛树脂的制备过程中，苯酚羟甲基化是甲醛与苯酚之间的缩聚反应的第一步，因此缩聚反应中会产生大量苯环上带有羟甲基的中间产物。这些中间产物向亚甲基醌活性中间体转变的速度决定了这种活性中间体浓度的高低，而亚甲基醌活性中间体又是影响酚醛树脂分子链增长速率的关键因素。采用有机酯复合催化剂，通过酯交换反应形成易于离去的酯基，提高亚甲基醌活性中间体的形成速率，增加酚羟基与酚羟甲基数量，达到降低酚胶固化温度。采用丙二酸二乙酯和邻苯二甲酸二丙烯酯组合作为有机酯复合催化剂，可以利用这两种酯反应活性的差异，在反应温度不变的前提下，通过调节二者的比例实现有机酯催化效力的调控，进而控制酚醛树脂分子链生长进程。
采用氢氧化钾和氢氧化钠无机复合催化剂，利用钾、钠离子离子氛的差异，通过静电作用，调控带电中间产物的聚集密度，从而控制酚胶分子链交联程度，降低酚胶粘度，延长储存时间。
采用本方法制得的木素胶粘剂，送浙江省林产品质量检测站检测，结果为：
外观：深红棕色均匀液体，
固体含量：40.9％，游离甲醛：0.18％
游离苯酚：0.1％， 可被溴化物：8.0％
符合GB/T14732—2006《木材工业胶粘剂用脲醛、酚醛、三聚氰胺甲醛树脂》标准要求。
Claims (1)
1.一种禾本科植物蒸爆木质素胶粘剂生产方法，其特征是按如下步骤进行：
（1）木质素在反应液中的分散处理：在反应釜中加入水100公斤、苯酚60公斤、木质素40公斤、复合无机催化剂20公斤、复合有机酯催化剂3公斤，在40—45℃搅拌反应60分钟；
（2）木素胶中间体的制备：加入第一批甲醛70公斤，升温至55—60℃，反应60分钟，分别滴加复合无机催化剂80公斤与第二批甲醛100公斤，控制滴加速度，在55—60分钟内将上述两物质滴加完成；
(3)禾本科植物蒸爆木素胶的制取：升温至83—85℃并保温反应30min，在25℃开始测粘度，当粘度达到150—170mPa.s，降温出料。
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