一种生物质基酚醛树脂胶黏剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种生物质基酚醛树脂胶黏剂及其制备方法，产品由生物质水解产物或纳米纤维素、甲醛、苯酚、碱性催化剂、甲醛捕捉剂成分制成，首先将生物质材料水解或制备纳米纤维素，再将生物质水解产物或纳米纤维素替代甲醛合成生物质基酚醛树酯胶黏剂，使用本发明专利技术的胶黏剂与木板压制得到的胶合板具有优异的胶合性能，使用生物质基酚醛树脂胶黏剂压制得到的胶合板的胶合强度为0.88

【技术实现步骤摘要】
一种生物质基酚醛树脂胶黏剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及酚醛树脂
，具体地说涉及一种生物质基酚醛树脂胶黏剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]酚醛树酯(PF)是世界上最早实现工业化的树酯，因其具有优异的力学性能、耐水性、且价格低廉等优点被广泛用作制造刨花板、胶合板和定向刨花板(OSB)等的木材胶黏剂。传统酚醛树脂胶黏剂的主要合成原料是化石基的苯酚和甲醛，不仅不可再生，而且会对人体和环境产生危害。因此，利用可再生的生物质基产品替代化石基产品合成酚醛树脂胶黏剂成为近年来的研究热点。
[0003]木质纤维素类生物质中含有大量的木质素、纤维素和半纤维素。木质素中含有酚羟基、醇羟基等基团；纤维素和半纤维素结构中均含有(半)缩醛基。目前国内外利用不同木质素原料替代苯酚生产生物质基酚醛树脂已经取得相当大的进展，然而对于替代甲醛制备酚醛树脂的研究较少。现有的研究中，有学者利用乙二醛、糠醛、葡萄糖等替代甲醛制备酚醛树脂，例如，Ramires等以乙二醛和苯酚为原料，以间苯二酚为固化剂，合成一种新型树酯，经测试树酯的抗冲击强度可达到12J
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‑1；刘欢等利用糠醛替代甲醛与苯酚反应制备苯酚糠醛树酯，结果表明，苯酚糠醛树酯的各项性能均符合国家标准；Wang等用葡萄糖替代甲醛制备新型酚醛树脂，结果表明制成的树脂具有良好的热稳定性。虽然上述材料能够代替甲醛与苯酚反应生成新型酚醛树酯，然而其成本则会有明显增加。例如，甲醛1600元/吨，而用于替代甲醛的乙二醛、糠醛和葡萄糖分别为8500元/吨、10000元/吨和3500元/吨。本专利技术利用绿色可再生的废弃生物质材料为原料，将其进行简单水解并用碱中和后就可直接用于替代甲醛，不仅操作简单，且生产成本显著降低。
[0004]CN110156945A公开了一种无甲醛生物质基胶黏剂的制备方法，属于生物质能源化工领域，该方法主要步骤如下：(1)利用生物质半纤维素生产糠醛溶液；(2)利用生物质木质素生产碱木质素溶液；(3)利用生物质热解制备生物质酚；(4)再以生物质酚、碱木质素、糠醛作为原料，制备出性能优良的无甲醛生物质基胶黏剂。此专利技术以生物质为原料生产环保型胶黏剂提供了一个有效途径。但专利技术存在以下问题：(1)胶合强度稍弱；(2)生产过程复杂，且反应条件较为苛刻。例如在步骤(1)中糠醛溶液的生产过程为：将生物质和2wt％的硫酸溶液加入反应釜中，加热回流2h，过滤水解渣，如此进行多次，直至水解液中木糖浓度为15wt％～17wt％，然后再将木糖溶液喷淋在硫酸溶液和氯化钠溶液配置的催化剂中，冷凝回流得到糠醛水溶液。其中，木糖溶液的制备为不连续反应过程，需停止反应过滤出水解渣。其次在生物质解热制备含酚沸水过程中需要在500
‑
700℃进行，反应条件比较苛刻。
[0005]CN110903446A公开了一种利用木质素替代甲醛制备木质素基酚醛树脂胶黏剂的方法，此专利技术也是本专利技术团队研制而成，包括以下步骤：步骤a：称取苯酚、木质素或纳米木质素、甲醛及碱性物质；步骤b：向盛有苯酚的容器中加入步骤a中三分之二的其他原料，升温至60℃
‑
65℃，保温搅拌10
‑
30min；步骤c：再次加入步骤a中剩余其他原料，缓慢升
温至70
‑
95℃并保持恒定1
‑
5h；步骤d：冷却至室温，制备得到木质素基酚醛树脂，将制备的树脂在25℃以下储存。此专利技术的有益效果:通过将木质素或纳米木质素直接取代部分甲醛制备木质素酚醛树脂的方法，减少了生产过程中对甲醛的需要，降低了日常生活中木质家具的甲醛释放量，同时生产过程绿色安全更有利于大规模的工业生产。此专利在制备纳米木质素过程中生产效率较低；需要在木质素中加入大量水经超声处理才能得到含量很低的纳米木质素分散体，必须经过多次重复制备，才能获得足够量的纳米木质素原料用于替代甲醛；且需要进行离心等过滤手段，除去多余的水，增加了生产成本。本专利技术仅需对生物质材料进行酸水解，并用碱中和后就可直接用水解液替代甲醛，反应条件较为温和，工艺流程较为简单。
[0006]纤维素作为自然界储量最丰富的生物质资源，具有来源广泛、生物相容性好、可生物降解、天然可再生等优点，而受到广泛关注。纤维素结构中含有(半)缩醛基，经过酸水解、脱水可转化生成醛类物质，非常适用于替代甲醛合成酚醛树脂。我国生物质资源十分丰富，从生物质中提取纤维素，并将其用于木材胶黏剂的生产，不仅为棉花秸秆、玉米秸秆、玉米芯等废弃农林生物质的化学深加工及高值化利用提供一种新途径，也能减少利用化石基原料生产酚醛树脂时对人体健康造成的危害。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种生物质基酚醛树脂胶黏剂。
[0008]本专利技术的另一目的是提供一种生物质基酚醛树脂胶黏剂的制备方法。
[0009]本专利技术所述的生物质基酚醛树脂胶黏剂由以下成分制成：生物质水解产物或纳米纤维素、甲醛、苯酚、碱性催化剂、甲醛捕捉剂；
[0010]所述苯酚：甲醛和生物质水解产物的总摩尔比为1:1.2
‑
2.7或苯酚：甲醛和纳米纤维素的总摩尔比为1:1.2
‑
2.7；
[0011]所述生物质水解产物或纳米纤维素对于甲醛的替代率为5
‑
30wt％；
[0012]所述碱性催化剂加入量为苯酚、甲醛和生物质水解产物总质量的2
‑
15wt％或碱性催化剂加入量为苯酚、甲醛和纳米纤维素总质量的2
‑
15wt％；
[0013]所述甲醛捕捉剂的加入量为苯酚、甲醛和生物质水解产物总质量的2
‑
6wt％或所述甲醛捕捉剂的加入量为苯酚、甲醛和纳米纤维素总质量的2
‑
6wt％。
[0014]本专利技术所述制备方法是利用生物质水解产物或纳米纤维素取代甲醛制备生物质基酚醛树脂胶黏，包括如下步骤：
[0015]1)生物质材料的水解或纳米纤维素的制备
[0016]将富含纤维素的生物质材料在酸性催化剂中进行水解，得到生物质水解产物；将富含纤维素的生物质材料与碱/尿素的混合溶液低温下反应，加水透析，得到纳米纤维素。
[0017]2)生物质水解产物或纳米纤维素替代甲醛合成生物质基酚醛树酯胶黏剂
[0018]将生物质水解产物或纳米纤维素与甲醛溶液在室温下搅拌5
‑
20min制成混合液；将三分之二混合液、苯酚和碱性催化剂加入反应器中，在50
‑
70℃条件下反应10
‑
30min；继续向反应器中加入剩余的混合液和碱性催化剂，在70
‑
95℃条件下反应1
‑
5h；向反应器中加入甲醛捕捉剂，在70
‑
95℃条件下反应10
‑
40min，冷却至室温，得到生物质基酚醛树酯胶黏剂。
[0019]本专利技术所述生物质水解产物的制备方法为：将富含纤维素的生物质材料1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质基酚醛树脂胶黏剂，其特征在于，生物质基酚醛树脂胶黏剂由以下成分制成：生物质水解产物或纳米纤维素、甲醛、苯酚、碱性催化剂、甲醛捕捉剂；所述苯酚：甲醛和生物质水解产物的总摩尔比为1:1.2
‑
2.7或苯酚：甲醛和纳米纤维素的总摩尔比为1:1.2
‑
2.7；所述生物质水解产物或纳米纤维素对于甲醛的替代率为5
‑
30wt％；所述碱性催化剂加入量为苯酚、甲醛和生物质水解产物总质量的2
‑
15wt％或碱性催化剂加入量为苯酚、甲醛和纳米纤维素总质量的2
‑
15wt％；所述甲醛捕捉剂的加入量为苯酚、甲醛和生物质水解产物总质量的2
‑
6wt％或所述甲醛捕捉剂的加入量为苯酚、甲醛和纳米纤维素总质量的2
‑
6wt％。2.一种制备权利要求1所述的生物质基酚醛树脂胶黏剂的方法，其特征在于，所述制备方法是利用生物质水解产物或纳米纤维素取代甲醛制备生物质基酚醛树脂胶黏剂，包括如下步骤：1)生物质材料的水解或纳米纤维素的制备将富含纤维素的生物质材料在酸性催化剂中进行水解，得到生物质水解产物；将富含纤维素的生物质材料与碱/尿素的混合溶液低温下反应，加水透析，得到纳米纤维素。2)生物质水解产物或纳米纤维素替代甲醛合成生物质基酚醛树酯胶黏剂将生物质水解产物或纳米纤维素与甲醛溶液在室温下搅拌5
‑
20min制成混合液；将三分之二混合液、苯酚和碱性催化剂加入反应器中，在50
‑
70℃条件下反应10
‑
30min；继续向反应器中加入剩余的混合液和碱性催化剂，在70
‑
95℃条件下反应1
‑
5h；向反应器中加入甲醛捕捉剂，在70
‑
95℃条件下反应10
‑
40min，冷却至室温，得到生物质基酚醛树酯胶黏剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述生物质水解产物的制备方法为：将富含纤维素的生物质材料10
‑
80g加入100
‑
800g 0.1
‑
5mol/L酸性催化剂在130
‑
150℃搅拌速率为500

【专利技术属性】
技术研发人员：周娜，龚晓武，杨高山，白兰莉，杨凯艳，贾鑫，王昕洋，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：