CN106318294A - 木结构建材用热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂的制备方法 - Google Patents

木结构建材用热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种木结构建材用热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂的制备方法，属于木结构建筑材料和胶粘剂领域。将水和氢氧化钠加入反应釜，在搅拌下加入间苯二酚，溶解后加入第一批甲醛溶液；将生物质热解油加入到无水甲醇中，制备热解油甲醇溶液；将配制好的第一批热解油甲醇溶液与第二批份甲醛溶液加入到反应釜中，搅拌均匀，反应结束后加入第二批热解油甲醇溶液和第三批10‑20份甲醛溶液，搅拌均匀，升温反应，使混合物黏度达到要求，得到胶粘剂主剂；胶粘剂使用前，在主剂中加入多聚甲醛和填料木粉，得到木结构建材用热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂。本方法制备的胶粘剂，使用了绿色环保的可再生原料，不仅生产成本低，而且对木材的浸润性好、胶接力强。

Description

木结构建材用热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种木结构建材用热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂的制备方法，属于木结构建筑材料和胶粘剂领域。
背景技术
木材具有天然的低碳和环保特性，木结构相对于钢结构、砖混结构等具有独特的居住环境温湿度调节功能，且施工方便、建筑周期短，因此在民居、学校、办公楼、体育馆、展览馆等大型公共建筑、景观旅游建筑和部分工业建筑中的应用越来越多。随着木结构建筑等行业的快速发展，具有较高胶接强度且能承受较大荷载的木结构建材用胶粘剂需求不断扩大，单板层积材、木工字梁、集成材等木结构建筑材料均离不开胶粘剂。
间苯二酚甲醛树脂(RF)是一种能够实现低温固化的结构胶粘剂，耐水耐候性能优异、胶接强度高。然而，由于间苯二酚原料价格昂贵，而且主要原料来源于石化资源，因此该胶粘剂的使用范围和应用领域受到限制。研究者们尝试着采用苯酚、松香、腰果酚等来改性间苯二酚甲醛树脂，但是由于改性原料也相对较为昂贵，因此间苯二酚甲醛树脂胶粘剂在降低生产成本、改善环保性能和优化生产工艺方面存在较大发展空间。
生物质热解油是以农林废弃物等为原料热裂解液化而得到的液态产物，富含酚类、醛类、酮类、酸类、酯类以及热解木质素等组分，原料来源广泛、绿色环保且生产成本低廉，在酚醛树脂(ZL200910088172.8)、脲醛树脂(ZL201210135672.4)和淀粉胶粘剂(ZL201310065226.5)等得到成功应用，而关于热解油在间苯二酚甲醛树脂等木结构建材用胶粘剂中的应用还未见报道。
发明内容
本发明的目的是提出一种木结构建材用热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂的制备方法，利用绿色可再生且廉价的生物质热解油为原料，与和改性剂和间苯二酚、甲醛等进行合成反应，制备低成本、高性能的热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂。
本发明提出的木结构建材用热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将70-90份水和2-5份氢氧化钠加入反应釜，加热至40-60℃，在搅拌下加入70-80份间苯二酚，完全溶解后冷却至室温20-25℃；
(2)在步骤(1)的反应釜中加入第一批10-20份甲醛溶液，反应5-15分钟，再冷却到25-30℃，并保持10-15分钟；
(3)将20-30份的生物质热解油加入到40-60份的无水甲醇中，配制热解油甲醇溶液，热解油与无水甲醇的体积比为1:2，制备的热解油甲醇溶液分两次投料；
(4)将配制好的第一批30-45份热解油甲醇溶液与第二批10-20份甲醛溶液加入到步骤(2)的反应釜中，搅拌均匀，反应5-15分钟，将反应物温度冷却至25-30℃，保持10分钟；
(5)在步骤(4)的反应釜中加入第二批热解油甲醇溶液30-45份和第三批10-20份甲醛溶液，搅拌均匀，反应10-20分钟，将釜内温度冷却至30-35℃，保持10分钟；
(6)在搅拌下使步骤(5)的反应釜内温度缓慢升至50-70℃，反应20-30分钟后测定混合物黏度，保持该反应温度直至混合物黏度达到120-180mPa·s，冷却到室温20-25℃，得到热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂主剂；
(7)胶粘剂使用前，在上述热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂主剂中，加入20-40份固化剂多聚甲醛和30-50份填料木粉，常温下搅拌均匀，得到木结构建材用热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂。
本发明提出的木结构建材用热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂的制备方法，其优点是：
1、本发明方法采用原料来源广泛、成本低廉的热解油来替代价格昂贵且来自于石化资源的间苯二酚脂，不仅节约了间苯二酚甲醛树脂胶粘剂生产原料成本，而且为生物质热解油的高值化应用开辟了新的途径，同时也为木结构胶粘剂提供了新的绿色原料来源、有助于缓解石化原料所带来的环境污染。
2、本发明方法很好地解决了热解油中大分子类物质在加料反应过程中容易暴沸、急剧缩合以及胶黏剂黏度不好控制等问题，将热解油中的酚类、醛类等活性物质很好地嵌入到了间苯二酚树脂反应体系中。
3、本发明的热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂制备方法，反应条件温和、工艺简洁，可在传统木工胶粘剂生产设备上实施，无需改变现有生产工艺，而且生产过程中无三废排放。
4、本发明所制备的热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂，改善了传统间苯二酚甲醛树脂的浸润性，对木材的胶合力强，所胶接材料强度大、木破率高。
附图说明
图1是本发明提出的木结构建材用热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂的制备方法的流程框图。
具体实施方式
本发明提出的木结构建材用热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将70-90份水和2-5份氢氧化钠加入反应釜，加热至40-60℃，在搅拌下加入70-80份间苯二酚，完全溶解后冷却至室温20-25℃；
(2)在步骤(1)的反应釜中加入第一批10-20份甲醛溶液，反应5-15分钟，再冷却到25-30℃，并保持10-15分钟；
(3)将20-30份的生物质热解油加入到40-60份的无水甲醇中，配制热解油甲醇溶液，热解油与无水甲醇的体积比为1:2，制备的热解油甲醇溶液分两次投料；
(4)将配制好的第一批30-45份热解油甲醇溶液与第二批10-20份甲醛溶液加入到步骤(2)的反应釜中，搅拌均匀，反应5-15分钟，将反应物温度冷却至25-30℃，保持10分钟；
(5)在步骤(4)的反应釜中加入第二批热解油甲醇溶液30-45份和第三批10-20份甲醛溶液，搅拌均匀，反应10-20分钟，将釜内温度冷却至30-35℃，保持10分钟；
(6)在搅拌下使步骤(5)的反应釜内温度缓慢升至50-70℃，反应20-30分钟后测定混合物黏度，保持该反应温度直至混合物黏度达到120-180mPa·s，冷却到室温20-25℃，得到热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂主剂；
(7)胶粘剂使用前，在上述热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂主剂中，加入20-40份固化剂多聚甲醛和30-50份填料木粉，常温下搅拌均匀，得到木结构建材用热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂。
以下介绍本发明方法的实施例：
实施例1
(1)将75份水和3.5份氢氧化钠加入反应釜，加热至45℃，在搅拌下加入70份间苯二酚，待其完全溶解后冷却至室温23℃；
(2)在步骤(1)的反应釜中加入第一批10份甲醛溶液，反应8分钟,由于放热反应而升温，再冷却到25℃，并保持10min；
(3)将20份的生物质热解油加入到40份的无水甲醇中，配制热解油的甲醇溶液，热解油与无水甲醇的体积比为1:2，热解油甲醇溶液分两次投料；
(4)将配制好的第一批30份热解油甲醇溶液和第二批10份甲醛溶液加入到间苯二酚反应釜中，搅拌均匀后反应10分钟,将反应物温度冷却至25℃，保持10min；
(5)在在步骤(4)的反应釜中加入第一批热解油甲醇溶液30份和第三批15份甲醛溶液，搅拌均匀后反应15分钟,将釜内温度冷却至30℃，保持10min；
(6)在搅拌下使步骤(5)的反应釜内温度缓慢升至55℃，反应20min后开始测定混合物黏度，保持该反应温度直至混合物黏度达到145mPa·s，冷却到室温23℃后即可放料，得到热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂主剂，测试主剂的性能指标；
(7)胶粘剂使用前，在热解油间苯二酚甲醛树脂主剂中，加入25份固化剂多聚甲醛和30份填料木粉，常温下搅拌均匀，得到生物质热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂。
实施例2
(1)将72份水和3份氢氧化钠加入反应釜，加热至45℃，在搅拌下加入80份间苯二酚，待其完全溶解后冷却至室温23℃；
(2)在步骤(1)的反应釜中加入第一批15份甲醛溶液，反应10分钟，再冷却到25℃，并保持10min；
(3)将20份的生物质热解油加入到40份的无水甲醇中，配制热解油的甲醇溶液，热解油与无水甲醇的体积比为1:2，热解油甲醇溶液分两次投料；
(4)将配制好的第一批30份热解油甲醇溶液和第二批15份甲醛溶液加入到步骤(2)的反应釜中，搅拌均匀，反应6分钟,将反应物温度冷却至25℃，保持10min；
(5)在步骤(4)的反应釜中加入第二批热解油甲醇溶液30份和第三批15份甲醛溶液，搅拌均匀后反应9分钟，将釜内温度冷却至35℃，保持10min；
(6)在搅拌下使步骤(5)的反应釜内温度缓慢升至60℃，反应20min后测定混合物黏度，保持该反应温度直至混合物黏度达到165mPa·s，冷却到室温23℃后即可放料，得到热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂主剂，测试主剂的性能指标；
(7)胶粘剂使用前，在热解油间苯二酚甲醛树脂主剂中，加入30份固化剂多聚甲醛和30份填料木粉，常温下搅拌均匀，得到生物质热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂。
实施例3
(1)将80份水和3.5份氢氧化钠加入反应釜，加热至45℃，在搅拌下加入75份间苯二酚，待其完全溶解后冷却至室温23℃；
(2)在步骤(1)的反应釜中加入第一批10份甲醛溶液，反应10分钟,由于放热反应而升温，再冷却到25℃，并保持10min；
(3)将30份的生物质热解油加入到60份的无水甲醇中，配制热解油的甲醇溶液，热解油与无水甲醇的体积比为1:2，热解油甲醇溶液分两次投料使用；
(4)将配制好的第一批45份热解油甲醇溶液和第二批20份甲醛溶液加入到步骤(2)的反应釜中，搅拌均匀后反应12分钟，将反应物温度冷却至30℃，保持10min；
(5)在步骤(4)的反应釜中加入第一批热解油甲醇溶液45份和第三批20份甲醛溶液，搅拌均匀，反应6分钟,将釜内温度冷却至35℃，保持10min；
(6)在搅拌下使步骤(5)的反应釜内温度缓慢升至65℃，反应25min后测定混合物黏度，保持该反应温度直至混合物黏度达到170mPa·s，冷却到室温23℃后即可放料，得到热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂主剂，测试主剂的性能指标；
(7)胶粘剂使用前，在热解油间苯二酚甲醛树脂主剂中，加入30份固化剂多聚甲醛和35份填料木粉，常温下搅拌均匀，得到生物质热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂。
上述实施例中使用的填料木粉，为商用产品，可以从木材加工厂、化工厂以及化工商店等购买。
按照国家标准GB/T 14074-2006《木材胶粘剂及其树脂检验方法》，检测和分析实施例1-3合成的热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂主剂的质量指标，检测结果如表1所示。
表1生物质热解油间苯二酚甲醛树脂主剂性能测试结果
分别利用本发明实施例1-3制备的生物质热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂，采用以下工艺参数来制作胶合试件：
板材：厚度20mm、宽度50mm、长度60mm的直纹里榉木木材，使用砂纸磨光胶合表面，清除胶合面上的污垢，24h内使用。
施胶：将两块试件的胶接面均进行涂胶，涂胶量为300g/㎡，施胶然后将试件平行顺纹对合在一起，常温下陈放时间20min。
冷压及养生：1.2Mpa的压机中冷压8h，卸压后养生3天。
上述工艺制备的实木胶合试件按照国家标准GB/T 26899‐2011《结构用集成材》来测试其剪切强度、木破率和浸渍剥离率等指标，检测结果如表2所示。
表2生物质热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂胶合性能测试结果
上述表2的结果表明，热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂所胶接的胶合试件的剪切强度均高于6.0MPa，木破率达到90％以上，总浸渍剥离率小于5％，满足国家标准要求。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种木结构建材用热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将70-90份水和2-5份氢氧化钠加入反应釜，加热至40-60℃，在搅拌下加入70-80份间苯二酚，完全溶解后冷却至室温20-25℃；
(2)在步骤(1)的反应釜中加入第一批10-20份甲醛溶液，反应5-15分钟，再冷却到25-30℃，并保持10-15分钟；
(3)将20-30份的生物质热解油加入到40-60份的无水甲醇中，配制热解油甲醇溶液，热解油与无水甲醇的体积比为1:2，制备的热解油甲醇溶液分两次投料；
(4)将配制好的第一批30-45份热解油甲醇溶液与第二批10-20份甲醛溶液加入到步骤(2)的反应釜中，搅拌均匀，反应5-15分钟，将反应物温度冷却至25-30℃，保持10分钟；
(5)在步骤(4)的反应釜中加入第二批热解油甲醇溶液30-45份和第三批10-20份甲醛溶液，搅拌均匀，反应10-20分钟，将釜内温度冷却至30-35℃，保持10分钟；
(6)在搅拌下使步骤(5)的反应釜内温度缓慢升至50-70℃，反应20-30分钟后测定混合物黏度，保持该反应温度直至混合物黏度达到120-180mPa·s，冷却到室温20-25℃，得到热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂主剂；
(7)胶粘剂使用前，在上述热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂主剂中，加入20-40份固化剂多聚甲醛和30-50份填料木粉，常温下搅拌均匀，得到木结构建材用热解油间苯二酚甲醛树脂胶粘剂。
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