低分子量木质素与木质素一起用于生产苯酚-甲醛粘结剂组合物的应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及生产粘结剂组合物的方法，以及粘结剂组合物和粘结剂组合物的不同 应用。
[0002] 发明背景
[0003] 木质素是天然聚合物，可以从例如木材中提取。由于木质素是天然生物聚合物，其 代替合成材料用作胶水中的组分已有研宄，从而实现更环保的粘合剂组合物。特别是，代替 酚醛树脂（例如苯酚-甲醛树脂）中合成苯酚的能力已经成为现有技术的目标。
[0004] 不同类型的粘合剂组合物（例如酚醛胶）可以用于木质产品。这类胶水的例子包 括包含苯酚-甲醛树脂的组合物。传统上，合成苯酚-甲醛树脂是通过苯酚与甲醛在催化 剂存在下聚合来生产的。这类催化剂的例子是氢氧化钠（NaOH)和酸。用于生产苯酚甲醛 树脂的方法包括以逐步方式将甲醛加入苯酚组合物中，然后将形成的组合物的温度升高到 80 - 90°C。该组合物在此温度煮制，直到形成的树脂达到所需的粘度或者达到所需的聚合 物链长。
[0005] 木质素可用于减少树脂组合物中合成苯酚的量的目的。木质素之前已经在生产木 质素-苯酚-甲醛树脂的过程中用于代替苯酚。
[0006] 在最终的树脂（例如苯酚甲醛树脂）中最多30%的合成苯酚可以被木质素代替， 但是更高的代替比例会导致所产生的胶水的性质无法令人满意。
[0007] 因此，本发明人已经认识到需要一种方法，该方法能够实现组合物中更高的苯酚 替代，因此得到具有适用于不同应用的性质的更环保的粘结剂组合物。
[0008] 发明目的
[0009] 本发明的目的是提供一类新方法，用于代替至少一部分在生产粘结剂组合物中所 用的合成材料。特别是，本发明的目的是生产用于例如粘合剂应用中的更环保的粘结剂组 合物。
[0010] 发明概述
[0011] 根据本发明的方法的特征如权利要求1中所述。
[0012] 根据本发明的粘结剂组合物的特征如权利要求16中所述。
[0013] 根据本发明的粘合剂组合物的特征如权利要求17中所述。
[0014] 根据本发明的用途的特征如权利要求18和19中所述。
[0015] 附图简要说明
[0016] 包括附图以提供对本发明的进一步理解，附图构成说明书的一部分，举例说明本 发明的一些实施方式，与说明书一起帮助解释本发明的原理。附图中：
[0017] 图1是说明根据本发明的一种实施方式的方法的流程图，
[0018] 图2是说明根据本发明的另一种实施方式的方法的流程图。
[0019] 发明详述
[0020] 本发明涉及生产粘结剂组合物的方法，该方法包括以下步骤：
[0021] (i)在催化剂存在下形成包含反应物组分的水性组合物，所述反应物组分包括具 有11-60个木质素单元的木质素分子，具有1-10个木质素单元的木质素分子，可聚合物质 和交联剂；
[0022] (ii)在45 - 95°C的温度下煮制组合物，使反应物组分聚合，直到形成具有预定粘 度值的粘结剂组合物。
[0023] 在本说明书中，除非另有说明，表述"具有11-60个木质素单元的木质素分子"指 高分子量木质素。在本说明书中，除非另有说明，表述"具有1-10个木质素单元的木质素分 子"应理解为指低分子量木质素。
[0024] 本发明涉及生产粘结剂组合物的方法，该方法包括以下步骤：
[0025] (i)在催化剂存在下形成包含反应物组分的水性组合物，所述反应物组分包括高 分子量木质素，低分子量木质素，可聚合物质和交联剂；
[0026] (ii)在45 - 95°C的温度下煮制组合物，使反应物组分聚合，直到形成具有预定粘 度值的粘结剂组合物；
[0027] 其中，高分子量木质素包括具有11 _ 60个木质素单元的木质素分子，低分子量木 质素包括具有1 _ 10个木质素单元的木质素分子。
[0028] 在本说明书中，除非另有说明，表述"高分子量木质素"应理解为包括具有11-60 个木质素单元的木质素分子。
[0029] 在本说明书中，除非另有说明，表述"低分子量木质素"应理解为包括具有1-10个 木质素单元的木质素分子。
[0030] 在本说明书中，除非另有说明，表述"木质素单元"应理解为苯基丙烷。苯基丙烷 可包括连接在其上的OH-和/或OMe基团。木质素单元通过醚键相互交联。一个苯基丙烷 包括9个碳原子。
[0031]用于将木质素与例如生物质分离或隔离的不同方法的缺点在于由于所采用的低 pH环境导致木质素在方法过程中缩合。因此，分离的木质素具有相当低的反应性和非均相 性质，这影响在生产粘结剂组合物过程中与其它反应物组分的反应。木质素的低反应性已 经成为阻碍用生物基木质素以更高替代水平代替粘结剂组合物中例如合成苯酚的原因之 一。已经认识到目前可商购的粘结剂组合物（其中最多50 - 60%的合成苯酚被木质素替 代）的性质对于胶水应用而言还是不可接受的，例如，胶接接头的强度达不到所需的水平。
[0032] 本发明人令人惊讶地发现，通过在粘结剂组合物生产过程中使用低分子量木质素 与一部分高分子量木质素的组合，可以实现对粘结剂组合物中例如合成苯酚的更高的替代 水平。已经发现，使用被认为比高分子量木质素反应性更高的低分子量木质素，可以例如推 动粘结剂组合物生产中反应的进行。
[0033] 在本发明的一个实施方式中，将高分子量木质素从黑液、硫酸盐木质素，源自生物 质的木质素、来自碱性制浆方法的木质素、来自苏打方法的木质素，来自有机溶剂制浆的木 质素或它们的组合中分离。在本发明的一个实施方式中，将低分子量木质素从黑液、硫酸盐 木质素，源自生物质的木质素、来自碱性制浆方法的木质素、来自苏打方法的木质素，来自 有机溶剂制浆的木质素或它们的组合中分离。
[0034] 低分子量木质素和高分子量木质素可以用不同种类的方法或工序从不同的来源 分离。例如，低分子量木质素可利用超滤、纳米过滤或连续沉淀从硫酸盐木质素中分离。低 分子量木质素还可以例如通过超滤从黑液中分离。
[0035] 在本说明书中，除非另有说明，表述"木质素"应理解为适用于本发明的任何木质 素。
[0036] 木质素可包括基本纯的木质物，以及木质素衍生物和木质素改性物。
[0037] 表述"基本纯的木质素"应理解为至少90%纯的木质素，优选至少95%纯的木质 素。在本发明的一个实施方式中，基本纯的木质素包含最多10%、优选最多5%的其它组 分。这些其它组分的例子可以是提取物和碳水化合物，诸如半纤维素。
[0038] 在本说明书中，除非另有说明，"硫酸盐木质素（kraftlignin)"指源自硫酸盐黑 液的木质素。黑液是木质素残余物、半纤维素和用于硫酸盐制浆方法的无机化学试剂的碱 性水溶液。来自该制浆方法的黑液包含各种比例的源自不同软木和硬木物种的组分。可 通过不同的技术从黑液中分离木质素，所述技术包括例如沉淀和过滤。木质素通常在低于 11-12的pH值开始沉淀。为了沉淀不同性质的木质素部分，可以使用不同的pH值。这些木 质素部分