专利名称：液化木酚醛胶粘剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种以木粉在催化剂作用下的酚化产物为原料制备液化木酚醛胶的工艺方法。
背景技术：
酚醛胶有着良好的耐候性，是人造板工业三大胶之一，但昂贵的成本限制了它的广泛应用。随着可持续发展的要求和人们环保意识的增强，环境友好产品的研制与开发越来越受到国际的关注和重视。木质纤维素材料作为一种天然的、可再生的资源，日益引起人们的广泛兴趣。以液化木材为原料制备胶粘剂成为充分利用木材废弃物、解决现有胶粘剂环境污染问题的一条新途径。
木材液化的研究起步于本世纪80年代，日本科学家经过大量的研究发现木材在苯酚或多元醇等有机溶剂中，没有催化剂作用时，其液化条件一般为240～270℃，而在酸性催化剂的作用下仅在80～150℃便可液化。但木材与溶剂的重量比一般为20～40％，循环效率低，成本高，大量有机溶剂的使用也造成了环境的污染。
日本专利06-100850公开了一种用木材液化产物制备酚醛胶粘剂的方法。该方法是将苯酚和硫酸均匀喷洒至木粉的表面，搅拌加热液化木材的表面部分，然后加入苛性钠和福尔马林，重新加热反应。
日本专利08-003532公开了一种木材液化胶粘剂的制备方法。该方法是100份的木粉和100～300份的苯酚在酸性催化剂作用下，在110～150℃于常压反应45～90分钟，然后冷却，用氢氧化钠调节溶液pH至10～11，加甲醛反应，最后添加异氰酸酯类物质。
本发明的目的一是通过利用极性小分子和苯酚的混合溶剂对木材进行液化，降低酚类有机溶剂的使用比例，提高木材的液化循环效率。二是提供一种用木材液化产物制备环保型酚醛胶粘剂的方法，性能优越，成本低廉，工艺简单，易实施。
发明内容
本发明提供了一种木材在催化剂作用下的低温液化技术。本发明的另外一个目的是提供一种由木材液化产物制备酚醛胶的工艺方法。
本发明包括在常压或高压条件下，以酚和极性小分子为混合溶剂，向混合溶剂加入木粉和催化剂，在不断搅拌下于100～150℃反应10～300分钟，制备木材的液化产物。待液化产物冷却后，加入一定量的碱性催化剂和福尔马林，在45～65℃下反应30～120分钟，然后升温至80～100℃反应，达到粘度时出料。
极性小分子可以是水、甲醇、乙醇或其两两混合物，优选使用水。根据本发明，在液化过程中加入适当的极性小分子，可以提高木材的液化循环效率，减少酚类有机溶剂的使用，并且增加液化产物的流动性。在100份的木粉中，可以加入1～500份的水，优选加入1～200份的水。
催化剂可以是酸性催化剂或碱性催化剂，酸性催化剂可以是无机酸、有机酸或路易斯酸。例如磷酸、草酸、盐酸、硫酸、苯磺酸等都是有效的。碱性催化剂可以是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡等碱金属和碱土金属的氢氧化物。在100份木粉中可以加入1～30份的催化剂。
酚类物质可以是苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚、双酚A、烷基苯酚或芳烷基苯酚等。在实践中发现，如酚类物质用量少，木材液化效率低，缩聚副反应多，液化产物流动性不好；若过量使用酚类物质，则降低了木材等废弃物的循环利用价值，也增加了液化木胶粘剂的生产成本。本发明中，在100份的木粉中加入30～300份的酚类物质是合适的。
木粉可以包括很多树种，例如杨树、杉树、桦树等。在本发明的实际应用中，除木粉之外，还可以是纸张、麦秸杆等各种植物纤维。
已经发现，在木粉的液化过程中，若反应时间不足，则木粉液化不完全；若反应时间过长，则会引起液化组分重新进行缩聚反应，导致不溶于1，4-二氧六环水溶液(80％)的液化残渣的增加。液化温度太低，液化反应速率低，耗时长；但液化温度太高，会因为反应激烈而导致副反应的增多。在本发明实践中发现在100～150℃反应10～300分钟比较好。
在本发明中，碱性催化剂可以使用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡等碱金属和碱土金属的氢氧化物。氢氧化物与酚类物质的摩尔比例在0.1～0.8之间比较适当。
福尔马林与酚类物质的摩尔比例在1.0～3.5之间比较合适。福尔马林与酚的摩尔比例低于1，产品的胶和强度低，耐沸水性能差；福尔马林与酚的摩尔比例高于3.5，产品中残留大量的游离甲醛，污染环境。
本液化木酚醛胶的性能、使用方法与通常的酚醛胶相似。
具体实施例方式
实施例一将100份苯酚与1～200份水混合，向其中加入100份木粉和5份浓硫酸，在反应釜中混合均匀后，在不断搅拌下升温至150℃，恒温反应90分钟，冷却至50℃左右。然后把上述制得的液化产物与160份的福尔马林和106份的20％氢氧化钠溶液在反应釜中继续搅拌，在60±5℃反应1小时，然后升温至85±5℃继续反应，产物达到粘度时出料，制得液化木酚醛胶粘剂。
外观暗红色粘稠液体技术指标固含量40～45％粘度 400～1000cPpH10.0～12.0实施例效果在100份液化木树脂中加入适当量碳酸氢钠、面粉和水，混合均匀，然后用1.6mm柳桉单板制作三层胶合板，单面涂胶量为180g/m2，在室温于0.98MPa预压10分钟，然后在135℃于0.98MPa热压4分钟。按国家标准对制得的胶合板进行胶和强度和甲醛释放量试验。
1.耐沸水性将试件在室温状态下于水中浸泡2个小时，然后在130℃的水蒸气中处理2小时，将试件在循环的冷水中冷却1小时。再于130℃的水蒸气中处理2小时，然后把试件浸入水中冷却。在湿状态下测试胶和强度。胶和强度≥0.70MPa，满足国家I类胶合板标准。
2.用干燥器法测甲醛释放量试验甲醛释放量＜0.3mg/L，满足国家E1级标准(1.5mg/L)。
实施例二生产工艺基本同实施例一，但苯酚的加入量为67份，液化反应要在高压条件下进行。液化木酚醛胶产品性能略低于实施例一。
权利要求
1.一种制备液化木酚醛胶粘剂的方法，其特征包括在常压或高压条件下，以酚和极性小分子为混合溶剂，向混合溶剂加入木粉和催化剂，在不断搅拌下于100～150℃反应10～300分钟，制备木材的液化产物；待液化产物冷却后，加入一定量的碱性催化剂和福尔马林，在45～65℃下反应30～120分钟，然后升温至80～100℃继续反应，达到粘度时出料。
2.如权利要求1所述方法，其中极性小分子选自水、甲醇、乙醇或其两两混合物。
3.如权利要求1所述方法，其中催化剂为酸性催化剂或碱性催化剂；所述酸性催化剂选自磷酸、草酸、盐酸、硫酸或苯磺酸；碱性催化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钡等碱金属和碱土金属的氢氧化物。
4.如权利要求1所述方法，其中酚选自苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚、双酚A、烷基苯酚或芳烷基苯酚。
全文摘要
本发明提供一种以木粉在催化剂作用下的酚化产物为原料制备液化木酚醛胶的工艺方法。在常压或高压条件下，以酚和极性小分子为混合溶剂，向混合溶剂加入木粉和催化剂，在不断搅拌下于100～150℃反应10～300分钟，制备木材的液化产物。待液化产物冷却后，加入一定量的碱性催化剂和福尔马林，在45～65℃下反应30～120分钟，然后升温至80～100℃继续反应，达到粘度时出料，制备液化木酚醛胶粘剂。
文档编号C09J161/00GK1554724SQ20031012418
公开日2004年12月15日 申请日期2003年12月23日 优先权日2003年12月23日
发明者秦特夫, 李改云 申请人:中国林业科学研究院木材工业研究所