CN107099010B - 一种木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种木质素基间苯二酚‑苯酚‑甲醛树脂胶黏剂的制备方法,包括如下步骤:将碱性催化剂溶于水中升温至70‑75℃,加入木质素和苯酚,混合均匀后升温至90‑95℃,进行酚化反应1‑1.5h;将混合溶液降温至70‑85℃,补加碱性催化剂水溶液,然后加入甲醛水溶液,在70‑85℃下进行初次缩聚反应45‑60min;将制备的溶液降温至55‑65℃,加入间苯二酚水溶液,在55‑65℃下进行第二次缩聚反应60‑150min,冷却至室温即得。本发明预先对木质素进行酚化处理,提高了木质素中酚羟基的含量。此外,本发明中加入高活性的间苯二酚,制备得到的木质素基间苯二酚‑苯酚‑甲醛树脂胶黏剂固化温度低、固化时间短。
Description
技术领域
本发明涉及胶黏剂制备技术领域,特别是涉及一种木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂的制备方法。
背景技术
结构用胶合木是通过胶黏剂固化形成的一种工程木,其是现代木结构的形式之一。结构用胶合木是胶合木结构承载构建的基础材料,在木结构建筑中具有重要作用。其具有如下优点:(1)原料可再生,绿色环保;(2)质量轻,便于装拆和运输;(3)工业化程度高、施工方便;(4)设计与功能多样性;(5)强耐腐蚀性,所以可以广泛地应用于木结构住宅、大空间结构和木桥梁、塔架等建筑结构中。
目前,胶合木结构中常用到的木工胶黏剂有酚醛树脂胶黏剂、间苯二酚-甲醛树脂胶黏剂和间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂。酚醛树脂胶黏剂原料易得,胶接强度好,耐水、耐热、耐磨、耐沸水性能优异。但是其具有一定的脆性导致易龟裂,且固化温度高、固化时间长、单板含水率高,这在某种程度上限制了酚醛树脂胶黏剂的应用。间苯二酚-甲醛树脂胶黏剂,能够实现低温固化,且耐水性能优异,胶接强度好,但是间苯二酚价格昂贵,这就限制了间苯二酚-甲醛胶黏剂的应用范围。间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂,其具有酚醛树脂和间苯二酚-甲醛树脂胶黏剂的优点。相对于酚醛树脂,其具有固化温度低、固化时间短的优点;相对于间苯二酚-甲醛树脂,其具有生产成本低的优点。
木质素是木质纤维素的三大组分之一,因其基本结构单元是愈创木酚基、紫丁香基及对羟基苯基,所以木质素分子中含有大量的酚类结构单元的活性位点,因此,在胶黏剂制备反应中,木质素在某种程度上可以代替苯酚应用于酚醛树脂胶黏剂的制备。木质素具有可再生、来源广、可降解、成本低等优点,因为被视为优良的绿色化工环保原料。近年来,造纸工业和生物炼制工业中都会产生大量的木质素副产物,其大部分被燃烧掉或者是低值化利用,造成了资源的大量浪费。
发明内容
发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂的制备方法,可解决木质素活性低,酚醛树脂固化温度高、固化时间长等缺点。
为了解决上述技术问题,本发明公开一种木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂的制备方法,包括如下步骤:
步骤一:将碱性催化剂溶于水中升温至70-75℃,加入木质素和苯酚,混合均匀后升温至90-95℃,进行酚化反应1-1.5h;
步骤二:将步骤一制备的溶液降温至70-85℃,补加碱性催化剂水溶液,然后加入甲醛水溶液,在70-85℃下进行初次缩聚反应45-60min;
步骤三:将步骤二制备的溶液降温至55-65℃,加入间苯二酚配制的水溶液,在55-65℃下进行第二次缩聚反应60-150min,冷却至室温即得。
其中,步骤一中所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钡中的任意一种,碱性催化剂的加入量为苯酚质量的17-32%。
其中,步骤一中所述木质素为酶解木质素、碱木质素或木质素磺酸钠中的任意一种。
其中,步骤一中所述苯酚加入量与木质素总质量比为1:1;所述木质素分两批加入,第一批木质素加入量为木质素总质量的40-50%,待其溶解后加入苯酚,混合均匀后再加入剩余的第二批木质素。
其中,步骤二中所述补加的碱性催化剂水溶液,其溶质与步骤一中碱性催化剂相同,质量浓度为20-30%,碱性催化剂水溶液的补加量为第一步中加入的苯酚质量的31-43%。
其中,步骤二中所述甲醛水溶液的质量百分含量为35-40%,甲醛水溶液的加入量与第一步中加入的苯酚质量比为1:1~1.9:1。
其中,步骤三中所述间苯二酚为含量99%的工业品,间苯二酚的加入量为第一步中加入的苯酚质量的17-34%。
其中,步骤三中所述间苯二酚水溶液质量百分比为25-50%。
其中,步骤二中所述初次缩聚反应温度为80℃,反应时间为60min。
其中,步骤三中所述二次缩聚反应温度为65℃,反应时间为120min。
有益效果:
1、采用木质素代替部分苯酚制备间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂,替代率可达50~70%的量,并充分利用了木质纤维素中的木质素,不仅具有重要的环境和经济意义,也对木质素的高附加值利用起着重要的作用。
2、所使用的木质素均可直接使用,使用前不需要进一步纯化,该工艺对原料的适应性极强。
3、所使用的木质素为酶解木质素、碱木质素、木质素磺酸钠等,原料来源广,生产工艺简单,易于实现大规模工业化生产,具有良好的经济价值。
4、本申请首先对木质素进行酚化预处理,提高了木质素中的酚羟基含量,使得木质素与甲醛更容易发生反应。
5、本申请加入了一定量的间苯二酚,提高了木质素基酚醛树脂胶黏剂的活性,并且降低了固化温度,缩短了固化时间。
具体实施方式
下面结合具体实施事例对本发明作进一步详细描述,但不作为对本发明的限定。
以下实施例中苯酚纯度为分析纯,甲醛溶液质量百分含量为37wt%,间苯二酚为工业级优级纯,含量为99%。
实施例1
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:酶解木质素47g、苯酚47g、甲醛水溶液59g(37wt%)、间苯二酚水溶液28g(28.6wt%)。
步骤一:将12g氢氧化钠加入盛有70ml水的500ml四口烧瓶中,升温至70℃,先加入20g酶解木质素,待其完全溶解后,加入47g苯酚,待其混合均匀后,再加入余下的27g酶解木质素,升温至90℃,在90℃下保温反应1h。
步骤二:降温至80℃,向反应体系中以适当的速度加入20g氢氧化钠溶液(20wt%),59g甲醛溶液(37wt%),在80℃条件下保温反应60min。
步骤三:降温至65℃,向反应体系中加入28g间苯二酚水溶液(28.6wt%),在65℃条件下保温反应120min,冷却至室温出料。
实施例2
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:酶解木质素47g、苯酚47g、甲醛水溶液59g(37wt%)、间苯二酚水溶液32g(37.5wt%)。
步骤一:将12g氢氧化钠加入盛有70ml水的500ml四口烧瓶中,升温至70℃,先加入20g酶解木质素,待其完全溶解后,加入47g苯酚,待其混合均匀后,再加入余下的27g酶解木质素,升温至90℃,在90℃下保温反应1h。
步骤二:降温至80℃,向反应体系中以适当的速度加入15g氢氧化钠溶液(30wt%),59g甲醛溶液(37wt%),在80℃条件下保温反应60min。
步骤三:降温至65℃,向反应体系中加入32g间苯二酚水溶液(37.5wt%),在65℃条件下保温反应120min,冷却至室温出料。
实施例3
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:酶解木质素47g、苯酚47g、甲醛水溶液59g(37wt%)、间苯二酚水溶液32g(50wt%)。
步骤一:将12g氢氧化钠加入盛有70ml水的500ml四口烧瓶中,升温至70℃,先加入20g酶解木质素,待其完全溶解后,加入47g苯酚,待其混合均匀后,再加入余下的27g酶解木质素,升温至90℃,在90℃下保温反应1h。
步骤二:降温至80℃,向反应体系中以适当的速度加入15g氢氧化钠溶液(30wt%),59g甲醛溶液(37wt%),在80℃条件下保温反应60min。
步骤三:降温至65℃,向反应体系中加入32g间苯二酚水溶液(50wt%),在65℃条件下保温反应120min,冷却至室温出料。
实施例4
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:酶解木质素47g、苯酚47g、甲醛溶液47g(37wt%)、间苯二酚水溶液32g(37.5wt%)。
步骤同实施例2。
实施例5
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:酶解木质素47g、苯酚47g、甲醛溶液70.5g(37wt%)、间苯二酚水溶液32g(37.5wt%)。
步骤同实施例2。
实施例6
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:酶解木质素47g、苯酚47g、甲醛水溶液89g(37wt%)、间苯二酚水溶液32g(37.5wt%)。
步骤同实施例2。
实施例7
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:酶解木质素47g、苯酚47g、甲醛水溶液59g(37wt%)、间苯二酚水溶液32g(37.5wt%)。
步骤一:将8g氢氧化钠加入盛有70ml水的500ml四口烧瓶中,升温至70℃,先加入20g酶解木质素,待其完全溶解后,加入47g苯酚,待其混合均匀后,再加入余下的27g酶解木质素,升温至90℃,在90℃下保温反应1h。
步骤二:同实施例2。
步骤三:同实施例2。
实施例8
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:酶解木质素47g、苯酚47g、甲醛水溶液59g(37wt%)、间苯二酚水溶液32g(37.5wt%)。
步骤一:将15g氢氧化钠加入盛有70ml水的500ml四口烧瓶中,升温至70℃,先加入20g酶解木质素,待其完全溶解后,加入47g苯酚,待其混合均匀后,再加入余下的27g酶解木质素,升温至90℃,在90℃下保温反应1h。
步骤二:同实施例2。
步骤三:同实施例2。
实施例9
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:酶解木质素47g、苯酚47g、甲醛水溶液59g(37wt%)、间苯二酚水溶液32g(37.5wt%)。
步骤一:同实施例2。
步骤二:降温至70℃,向反应体系中以适当的速度加入15g氢氧化钠溶液(30wt%),59g甲醛溶液(37wt%),在80℃条件下保温反应60min。
步骤三:同实施例2。
实施例10
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:酶解木质素47g、苯酚47g、甲醛水溶液59g(37wt%)、间苯二酚水溶液32g(37.5wt%)。
步骤一:同实施例2。
步骤二:降温至85℃,向反应体系中以适当的速度加入15g氢氧化钠溶液(30wt%),59g甲醛溶液(37wt%),在80℃条件下保温反应60min。
步骤三:同实施例2。
实施例11
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:酶解木质素47g、苯酚47g、甲醛水溶液59g(37wt%)、间苯二酚水溶液32g(37.5wt%)。
步骤一:同实施例2。
步骤二:降温至80℃,向反应体系中以适当的速度加入15g氢氧化钠溶液(30wt%),59g甲醛溶液(37wt%),在85℃条件下保温反应45min。
步骤三:降温至65℃,向反应体系中加入32g间苯二酚水溶液(37.5%),在65℃条件下保温反应120min,冷却至室温出料。
实施例12
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:酶解木质素47g、苯酚47g、甲醛水溶液59g(37wt%)、间苯二酚水溶液32g(37.5wt%)。
步骤一:同实施例2。
步骤二:同实施例2。
步骤三:降温至55℃,向反应体系中加入32g间苯二酚水溶液(37.5%),在65℃条件下保温反应120min,冷却至室温出料。
实施例13
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:酶解木质素47g、苯酚47g、甲醛水溶液59g(37wt%)、间苯二酚水溶液32g(37.5wt%)。
步骤一:同实施例2。
步骤二:同实施例2。
步骤三:降温至65℃,向反应体系中加入32g间苯二酚水溶液(37.5%),在65℃条件下保温反应60min,冷却至室温出料。
实施例14
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:酶解木质素47g、苯酚47g、甲醛水溶液59g(37wt%)、间苯二酚水溶液32g(37.5wt%)。
步骤一:同实施例2。
步骤二:同实施例2。
步骤三:降温至65℃,向反应体系中加入32g间苯二酚水溶液(37.5wt%),在65℃条件下保温反应150min,冷却至室温出料。
实施例15
本实施例中碱木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:碱木质素47g、苯酚47g、甲醛水溶液59g(37wt%)、间苯二酚水溶液32g(37.5wt%)。
步骤一:同实施例2。
步骤二:同实施例2。
步骤三:降温至65℃,向反应体系中加入32g间苯二酚水溶液(37.5wt%),在65℃条件下保温反应120min,冷却至室温出料。
实施例16
本实施例中木质素磺酸钠、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为:木质素磺酸钠47g、苯酚47g、甲醛溶液70.5g(40wt%)、间苯二酚水溶液32g(50wt%)。
步骤一:将12g氢氧化钠加入盛有70ml水的500ml四口烧瓶中,升温至75℃,先加入20g木质素磺酸钠,待其完全溶解后,加入47g苯酚,待其混合均匀后,再加入余下的27g木质素磺酸钠,升温至95℃,在95℃下保温反应1.5h。
步骤二:降温至80℃,向反应体系中以适当的速度加入15g氢氧化钠溶液(30wt%),70.5g甲醛溶液(37wt%),在80℃条件下保温反应60min。
步骤三:同实施例2。
测试实施例所制备的木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂各项性能,利用实施例制备的木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂压制花旗松胶合木,测试其性能,结果列于表1。
表1木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂及制备的胶合木性能
上述胶黏剂的检测:固含量、粘度、游离甲醛含量均按GB/T 14074-2006中的规定进行检测。
上述胶合木为花旗松胶合木,单板上胶量为100~150g/m2,上下板温度设为40℃,压力为1.5MPa,压板时间为24h。
上述胶合木检测,压制的胶合木室温放置3~4天后检测。实施例1~17胶合强度按GB/T 50329-2012中的规定测试。
由表1中数据表明,本发明制备的木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂游离甲醛含量符合国家标准,胶合强度符合国家结构用胶合木要求。
本发明提供了一种木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂的制备方法的思路及方法,具体实现该技术方案的方法和途径很多,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,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (3)
1.一种木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一:将碱性催化剂溶于水中升温至70-75℃,加入木质素和苯酚,混合均匀后升温至90-95℃,进行酚化反应1-1.5h;
步骤二:将步骤一制备的溶液降温至70-85℃,补加碱性催化剂水溶液,然后加入甲醛水溶液,在70-85℃下进行初次缩聚反应45-60min;
步骤三:将步骤二制备的溶液降温至55-65℃,加入间苯二酚配制的水溶液,在55-65℃下进行第二次缩聚反应60-150min,冷却至室温即得;
步骤一中,所述苯酚加入量与木质素总质量比为1:1;所述木质素分两批加入,第一批木质素加入量为木质素总质量的40-50%,待其溶解后加入苯酚,混合均匀后再加入第二批木质素;
步骤一中,所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钡中的任意一种,碱性催化剂的加入量为苯酚质量的17-32%;
步骤一中,所述木质素为酶解木质素、碱木质素或木质素磺酸钠中的任意一种;
步骤二中,所述补加的碱性催化剂水溶液,其溶质与步骤一中碱性催化剂相同,质量浓度为20-30%,碱性催化剂水溶液的补加量为第一步中加入的苯酚质量的31-43%;
步骤二中,所述甲醛水溶液的质量百分含量为35-40%,甲醛水溶液的加入量与第一步中加入的苯酚质量比为1:1~1.9:1;
步骤三中,所述间苯二酚为含量99%的工业品,间苯二酚的加入量为第一步中加入的苯酚质量的17-34%;
步骤三中,所述间苯二酚水溶液的质量百分含量为25%~50%。
2.根据权利要求1所述的一种木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂的制备方法,其特征在于,步骤二中,所述初次缩聚反应温度为80℃,反应时间为60min。
3.根据权利要求1所述的一种木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂的制备方法,其特征在于,步骤三中,所述二次缩聚反应温度为65℃,反应时间为120min。
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