一种微纳米级木质素基木材胶增强剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微纳米级木质素基木材胶增强剂的制备方法。首先，二乙醇胺和甲醛在催化剂作用下反应1h后，加入木质素继续反应1h得到黑色黏稠液体，称为改性木质素。然后，上述改性木质素与环氧氯丙烷在季铵盐作用下，70

【技术实现步骤摘要】
一种微纳米级木质素基木材胶增强剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及人造板工业和木材胶黏剂
，具体涉及一种微纳米级木质素基木材胶增强剂的制备方法。

技术介绍

[0002]我国人造板年产量超3亿立方米，木材胶黏剂的需要求量超1600万吨，其中，脲醛树脂占据木材胶总量的80％以上。但，脲醛树脂交联网络主要由易水解的亚甲基醚键(
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NCH2OCH2N
‑
)构成，导致脲醛树脂存在甲醛释放的风险。降低甲醛/尿素摩尔比的方法被广泛的应用于人造板加工行业，以克服人造板甲醛释放量高的瓶颈问题，但这带来木材胶固化后交联密度低耐水性差的问题，限制了木材胶黏剂的绿色化、健康化、高质量发展。因此，开发一种增强剂用于提升脲醛树脂耐水性能，同时有效限制树脂甲醛释放成为提升木材胶黏剂品质、改善人居环境的关键。
[0003]近年来随着科学技术的进步，越来越多的科学理论和应用实践证明在复合材料中微纳米尺寸的反应性助剂能够克服高分子的相容性问题，从而决定复合材料的性能。因而，微纳米级复合材料增强剂得到了迅猛发展，启发我们开发反应型微纳米级木材胶增强剂。
[0004]木质素由三种基本结构单元构成，具有类酚醛树脂结构，分子含酚羟基和刚性苯环等结构，具有良好的疏水性。木质素在脲醛树脂中可与甲醛发生羟甲基化和缩聚反应，降低树脂甲醛释放量。因此，木质素改性脲醛树脂成为木材胶黏剂研究热点之一。然而，木质素存在结构复杂、反应活性低，缺乏有效的活性调控技术。因此，在木质素分子引入可与脲醛树脂反应的羟乙基、环氧基等亲水性基团，利用亲水
‑
亲油平衡自组装原理，借助机械剪切作用制备微纳米级不规则微球，是实现木质素增强脲醛树脂工业化应用的关键。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题克服现有技术中的木质素反应活性低、增强效果差等问题，从而提供一种微纳米级木质素基木材胶增强剂的制备方法，通过简单、绿色的制备过程，制得的木质素基木材胶增强剂，可使脲醛树脂耐热水胶合强度提高120％以上，甲醛释放量降低至0.3mg/L(干燥器法)以内。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种微纳米级木质素基木材胶增强剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]第一步，二乙醇胺和甲醛在催化剂作用下反应1h后，加入木质素反应1h，得到黑色黏稠液体改性木质素。其中，二乙醇胺与甲醛的物质的量之比为1.0∶1.0
‑
1.2，木质素用量为二乙醇胺质量的2
‑
5倍。
[0008]第二步，将上述改性木质素与环氧氯丙烷在季铵盐作用下，70
‑
90℃反应4h。其中，季铵盐催化剂用量为改性木质素质量的1％，环氧氯丙烷用量为改性木质素质量的3
‑
5倍。
[0009]第三步，将上述反应物冷却至50℃，分三批加入碱性催化剂，在80℃反应4h，将反应液滴入到高速搅拌的水中，组装成微纳米级不规则微球即为木质素基木材胶增强剂。其
中，碱性催化剂用量为第一步中改性木质素质量的10％
‑
20％。
[0010]第四步，室温中，将第三步中所述木质素基木材胶增强剂按照一定比例与脲醛树脂均匀混合，按照脲醛树脂在人造板中的传统应用工艺即可生产力学性能和耐水性明显改善的人造板。
[0011]优选地，所述第一步中，二乙醇胺与甲醛的物质的量之比为1.0∶1.1，木质素用量为二乙醇胺质量的5倍。
[0012]优选地，所述第二步中，季铵盐催化剂为四丁基溴化铵，用量为改性木质素质量的1％。
[0013]优选地，所述第二步中，反应温度为90℃。
[0014]优选地，所述第二步中，环氧氯丙烷用量为改性木质素质量的5倍。
[0015]优选地，所述第三步中，碱性催化剂为氢氧化钠颗粒，用量为第一步中改性木质素质量的15％。
[0016]优选地，所述第四步中，木质素基木材胶增强剂最佳添加量为脲醛树脂质量的10％。
[0017]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0018]1.本专利技术以木质素为原料制备木材胶增强剂。原料来源丰富，价格廉价，制备的环氧化木质素无毒且生物可降解。
[0019]2.本专利技术提供的一种微纳米级木质素基木材胶增强剂的制备方法，利用乙二醇胺与甲醛反应制备高活性曼尼希中间体，再与木质素反应增加其羟基含量，提高亲水性和反应活性，操作简便，可工业化批量生产。
[0020]3.本专利技术的制备方法简便，反应条件温和，与现有环氧树脂合成设备及工艺匹配性强等特点。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术的基本反应原理以及具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为微纳米级木质素基木材胶增强剂结构特征图；
[0023]图1A为木质素及其环氧化衍生物的红外光谱，3300cm
‑1处为羟基伸缩振动吸收峰，1600和1500cm
‑1为木质素苯环的特征吸收峰。环氧化木质素在907cm
‑1处出现环氧基团特征吸收峰。以1500cm
‑1处苯环特征峰为基准(图1B)，通过峰面积比值S(907)/S(1500)结合化学滴定法定量探究反应温度对改性木质素环氧基含量的影响规律，随反应温度升高，环氧化木质素羟基峰逐渐减小，环氧基团含量逐渐增加，90℃时S(907)/S(1500)值36.68％、环氧值0.26mol/100g。
[0024]图2为木质素基木材胶增强剂的SEM图。
[0025]图2为微纳米级木质素基木材胶增强剂微观形貌，在疏水力驱动下，木质素基木材胶增强剂自组装为几十至几百纳米的初级离子，后经聚集作用形成8
‑
10μm的不规则球状聚集体。
具体实施方式：
[0026]提供下述实施例是为了更好地进一步理解本专利技术，并不局限于所述最佳实施方式，不对本专利技术的内容和保护范围构成限制，任何人在本专利技术的启示下或是将本专利技术与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本专利技术相同或相近似的产品，均落在本专利技术的保护范围之内。
[0027]实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
[0028]实施例1
[0029]第一步，将105份二乙醇胺和85份甲醛溶液在氢氧化钠作用下，70℃反应1h；然后，加入525份木质素反应1h，得到黑色黏稠液体改性木质素。
[0030]第二步，将上述改性木质素与1575份环氧氯丙烷在5份四丁基溴化铵作用下，70℃反应4h。
[0031]第三步，将上述反应物冷却至50℃，分三批加入52.5份氢氧化钠，在80℃反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微纳米级木质素基木材胶增强剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，二乙醇胺和甲醛在催化剂作用下反应1h后，加入木质素反应1h，得到黑色黏稠液体改性木质素。其中，二乙醇胺与甲醛的物质的量之比为1.0∶1.0
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1.2，木质素用量为二乙醇胺质量的2
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5倍。第二步，将上述改性木质素与环氧氯丙烷在季铵盐作用下，70
‑
90℃反应4h。其中，季铵盐催化剂用量为改性木质素质量的1％，环氧氯丙烷用量为改性木质素质量的3
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5倍。第三步，将上述反应物冷却至50℃，分三批加入碱性催化剂，在80℃反应4h，将反应液滴入到高速搅拌的水中，组装成微纳米级不规则微球即为木质素基木材胶增强剂。其中，碱性催化剂用量为第一步中改性木质素质量的10％
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20％。第四步，室温中，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：高士帅，谢宜彤，张代晖，王春鹏，储富祥，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林产化学工业研究所，
类型：发明
国别省市：