木質素磺酸鹽改性尿素-酚醛樹脂的製備方法與流程

2023-09-16 18:54:30 2

本發明涉及木質素磺酸鹽改性尿素-酚醛(puf)樹脂的製備方法，具體是用木質素磺酸鹽取代一部分苯酚去改性尿素-酚醛(puf)樹脂，製備木材膠黏劑，得到低甲醛、低成本的最優化產品。

背景技術：

我國林木剩餘物資源產量大、經濟價值高，但是目前對其的利用率較低，隨著化石資源的日益枯竭和人們對環境保護的日益重視，如何充分利用生物質資源製備生物質基複合材料是目前研究的重點內容。目前，隨著尿素加入量的增加，樹脂的成本降低，但同時尿素的量的增加也會造成用該樹脂的人造板的膠合強度下降，本發明也解決了puf樹脂的膠合強度問題。木質素資源是生物質資源的重要來源之一，木質素是含有氧代苯丙醇或其衍生物結構單元的芳香性高聚物，結構單元中存在大量的羥基，可以替代部分苯酚作為製備puf樹脂的合成原料，木質素磺酸鹽是造紙工業主要副產物之一，這樣可以減少對化石原料的依賴，同時實現了生物質資源的全質化利用。「四種e0級膠合板用puf樹脂結構與性能關係的研究」中介紹了puf樹脂膠壓制的膠合板強度與樹脂苯酚含量和-ch2oh含量有關；puf樹脂壓制的楊木三合板甲醛釋放量與樹脂的游離甲醛和-ch2och2-含量有關。本專利發明通過研究，綜合探索找到合適的原料質量比和摩爾比，得到成熟的方案和配方。

技術實現要素：

解決的技術問題：為了解決環境友好、過度依賴石化資源、降低木材膠黏劑的成本等問題，本發明提出了一種木質素磺酸鹽改性puf樹脂木材膠黏劑的製備方法。一方面通過原料成分分析及全質化利用技術，實現木質素磺酸鹽以及尿素的高配比使用，降低puf木材膠黏劑樹脂的綜合生產成本；另一方面隨著尿素加入量的增加，樹脂的成本降低，同時尿素的量的增加也會造成用該樹脂的人造板的膠合強度下降，本發明也解決了此問題。

技術方案：一種木質素磺酸鹽改性尿素-酚醛木材膠黏劑樹脂的製備方法，其特徵在於按質量份，組成為：

按質量份：u/(p+ls+u)＝20％～40％，

ls/(ls+p)＝0～50％；

鹼液質量＝將最終溶液ph調為12.5～13.5。

按摩爾比：f/(p+u)m，r＝1.20～1.70；

第一步，將苯酚(p)、木質素磺酸鹽(ls)、第一批醛(f1)、第一批尿素(u1)及催化劑加入到反應器中，升溫至60～90℃反應30～100min；

第二步，加入第二批醛(f2)和尿素(u2)，並通過滴加第一批鹼液，控制反應溫度升高至60～95℃，反應50～100min；

第三步，加入第三批醛(f3)，並通過滴加第二批鹼液，控制反應溫度60～95℃反應40～90min；

第四步，加入第三批尿素(u3)，通過加入第三批鹼液，控制反應溫度60～95℃，反應30～120min，調節ph值至12.5～13.5，測定粘度至一定範圍內，冷卻出料。

所述木質素磺酸鹽是亞硫酸鹽法造紙木漿的副產品，包括木質素磺酸鈉、木質素磺酸鎂和木質素磺酸鈣中的任意一種。

所述的鹼液為氫氧化鈉、氫氧化鈣、和氫氧化鋇中的任意一種，保證木質素磺酸鹽改性尿素-酚醛木材膠黏劑樹脂的最終ph＝12.5～13.5。

所用的醛類根據應用條件不同選用不同濃度的醛類溶液，用甲醛、多聚甲醛和乙二醛中的任意一種。

所述的催化劑為氫氧化鈉、氫氧化鈣或氫氧化鋇中的任意一種，或者用其金屬氧化物(cao、na2o、mgo)中任意一種。

製備的木質素磺酸鹽改性尿素-酚醛木材膠黏劑樹脂固體含量為40～60％。

有益效果：

1.本發明利用木質素磺酸鹽替代部分苯酚製備尿素-酚醛樹脂，苯酚替代率高。其中，木質素磺酸鹽替代苯酚0～50％，充分利用了林業生物質廢棄物部分替代苯酚製備木質素改性發泡用酚醛樹脂，具有一定的環境和經濟價值；

2.本發明使用木質素磺化降解處理後的木質素磺酸鹽，提高了木質素的酚羥基含量，促進木質素與甲醛反應；

3.本發明製備木質素磺酸鹽改性的尿素-酚醛樹脂，無後續處理，操作簡單，可製備高固含後直接加水調節其固含量；

4.本發明木質素磺酸鹽改性的尿素-酚醛樹脂按gb/t17657-2013中4.17規定進行處理，測定其膠合板膠合強度，合格率遠高於規定標準。

5.本發明木質素磺酸鹽改性的尿素-酚醛樹脂按gb/t17657-2013中4.59乾燥器法測定甲醛釋放量，測定的濃度遠小於國家e0標準。

具體實施方式

本發明實施例中的所選的藥品全為分析純級別。

下面結合具體事例，進一步闡明本發明的方案和效果。

一種木質素磺酸鹽改性尿素-酚醛樹脂的製備方法，組成為：

按質量份：u/(p+ls+u)＝20％～40％，

ls/(ls+p)＝0～50％；

鹼液質量：將最終溶液ph調為12.5～13.5。

按摩爾比：f/(p+u)m，r＝1.20～1.70；

第一步，將苯酚(p)、木質素磺酸鹽(ls)、第一批醛(f1)、第一批尿素(u1)及催化劑加入到反應器中，升溫至60～90℃反應30～100min；

第二步，加入第二批醛(f2)和尿素(u2)，並通過滴加第一批鹼液，控制反應溫度升高至60～95℃，反應50～100min；

第三步，加入第三批醛(f3)，並通過滴加第二批鹼液，控制反應溫度60～95℃反應40～90min；

第四步，加入第三批尿素(u3)，通過加入第三批鹼液，控制反應溫度60～95℃，反應30～120min，調節ph值至12.5～13.5，測定粘度至一定範圍內，冷卻出料。

上述方案中所加入100、125、150或200份苯酚，其中醛包括甲醛、多聚甲醛或乙二醛溶液，f1和f2的量150或170份，u1和u2的量為16、28或44份，催化劑cao或na2o為0或0.7份，第一步加料後反應時間為30、40、60、50或70min；第一、二批鹼液的量25、40或85份鹼液，第二步加料後反應時間為50、60、70、80、90或100min；f3的量為100、106或118份，第三步加料後反應時間為40、50、60、70或90min；u3的量為18、30或46份，第三批鹼液的量為85、90、100、115或215份，第四步加料後反應30、50、70、90、110或120min，調節ph值至12.5～13.5，測定粘度至300～500mpa·s。冷卻出料。

上述所用醛的濃度為36～38％，鹼液濃度為40％或50％，

實施例1：

第一步：在反應釜中加入200份苯酚、150份甲醛溶液(37％)、16份尿素、0.7份cao升溫至88℃，開始計時反應50min；

第二步，加入150份甲醛溶液(37％)和16份尿素，並通過滴加25份naoh溶液(50％)，控制反應溫度升高至85℃，反應50min；

第三步，加入100份甲醛溶液(37％)，並通過滴加25份naoh溶液(50％)，控制反應溫度85-90℃反應40min；

第四步，加入18份尿素，通過加入90份naoh溶液(50％)，控制反應溫度80～85℃，反應30min，調節ph值至12.5～13.5，測定粘度至300～500mpa·s一定範圍內，冷卻出料。