一种木质素基填料及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种木质素基填料及其制备方法和应用，涉及化工领域，目的在于得到一种生产成本低、使用效果理想、能完全替代面粉的脲醛树脂胶黏剂填料。主要采用的技术方案为：将农林生物质剩余物进行水解处理，得到农林生物质剩余物粉末；将工业碱木质素进行纯化处理，得到纯化后的工业碱木质素粉末；将所述农林生物质剩余物粉末和所述工业碱木质素粉末混和，制得所述木质素基填料。本发明主要作为脲醛树脂胶黏剂的添加剂使用。
【专利说明】一种木质素基填料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及化工领域，尤其涉及一种木质素基填料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 我国人造板产业发展迅猛，目前人造板产量为世界第一，且有稳定增长的趋势。 人造板是胶黏剂用量最大的行业，而脲醛树脂由于其低廉的价格成为人造板行业的首选， 是目前用量最大的木工胶黏剂。在人造板的生产过程中，脲醛树脂中需要加入部分面粉 (20%?30% )作为填料，以提高胶黏剂的预压性能，防止透胶及缺胶情况的发生，同时能 减小树脂固化后胶层的内应力，保证胶合强度。因此每年作为人造板胶黏剂填料被消耗的 面粉量极大，且随着面粉价格的不断上涨，将导致人造板成本的大幅增加。另一方面，使用 面粉作为胶黏剂的填料不仅造成了对粮食资源的浪费，同时也不利于人造板行业的可持续 发展。
[0003] 目前，被当成面粉替代物用作脲醛树脂胶黏剂填料的物质主要有无机矿物粉末填 料（如石膏、膨润土、碳酸钙等）、有机物粉末填料（如果壳粉、聚乙烯醇粉末、羟甲基纤维素 等）或者这两种或多种不同物质的复配体。但这些填料都存在一些问题，如用无机矿物粉 末作为胶黏剂填料在胶黏剂预压后容易出现散坯现象，影响人造板的生产效率；用果壳粉 等天然有机物粉末作为胶黏剂填料不仅预压效果不好，而且这些粉末自身强度差，导致固 化后胶层力学性能较差，人造板胶合强度不理想；用聚乙烯醇粉末、羟甲基纤维素等合成的 有机物作为胶黏剂填料虽然效果较好，但是其成本太高，难以产业化。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明实施例提供一种木质素基填料及其制备方法和应用，主要目的 在于得到一种生产成本低、使用效果理想、能完全替代面粉的脲醛树脂胶黏剂填料。
[0005] 依据本发明的第一个方面，本发明提供了一种木质素基填料的制备方法，包括：
[0006] A、将农林生物质剩余物进行水解处理，包括如步骤：
[0007] A1、将所述农林生物质剩余物与催化剂水溶液混和，所述催化剂水溶液为硫酸溶 液、盐酸溶液或醋酸溶液任一种或几种酸性溶液；
[0008] A2、将混和后的农林生物质剩余物与催化剂水溶液进行水解处理；
[0009] A3、将水解处理后的所述农林生物质剩余物干燥后进行粉碎，得到农林生物质剩 余物粉末；
[0010] B、将工业碱木质素进行纯化处理，包括如步骤：
[0011] B1、将所述工业碱木质素在碱性溶液中进行溶解；
[0012] B2、将溶解后得到的混合液的pH值调节至酸性，析出工业碱木质素沉淀物；
[0013] B3、将析出的工业碱木质素沉淀物干燥后进行粉碎，得到纯化后的工业碱木质素 粉末；
[0014] C、将所述农林生物质剩余物粉末和所述工业碱木质素粉末混和，制得所述木质素 基填料。
[0015] 可选的，如前所述的制备方法，在A之前，还包括：
[0016] 对所述农林生物质剩余物进行粉碎，得到粒径为1?2cm的农林生物质剩余物。
[0017] 可选的，如前所述的制备方法，其中，所述农林生物质剩余物与所述催化剂水溶液 进行混和时的固液质量比为1:5?10。
[0018] 可选的，如前所述的制备方法，所述步骤A2中水解处理的温度为120?200°C，压 力为0· 5?2. OMPa，时长为0· 5?4. Oh。
[0019] 可选的，如前所述的制备方法，在所述步骤Al中，所述催化剂水溶液的质量百分 比浓度不大于9%。
[0020] 可选的，如前所述的制备方法，在所述步骤Bl中，所述碱性溶液为pH>10. 5的NaOH 溶液。
[0021] 可选的，如前所述的制备方法，在所述步骤B2中，将所述混合液的pH值调节至pH =L 5 ?3. 5〇
[0022] 可选的，如前所述的制备方法，其中，所述农林生物质剩余物粉末和所述工业碱木 质素粉末的粒径为90?350目。
[0023] 可选的，如前所述的制备方法，在所述C中，将所述农林生物质剩余物粉末和所述 工业碱木质素粉末混和的质量比为〇?1:0?1。
[0024] 可选的，如前所述的制备方法，其中，
[0025] 所述农林生物质剩余物包括：玉米秸杆、稻草秸杆、小麦秸杆、玉米芯或甘蔗渣的 任一种或几种；
[0026] 所述工业碱木质素包括：杨木碱性硫酸盐法木质素、玉米芯工业碱木质素或稻草 碱法制浆木质素的任一种或几种。
[0027] 依据本发明的第二个方面，本发明提供了一种木质素基填料，所述木质素基填料 由上述本发明的第一个方面提供的制备方法制得。
[0028] 依据本发明的第三个方面，本发明提供了一种脲醛树脂胶黏剂，包括：
[0029] 脲醛树脂及填料；
[0030] 所述填料为上述本发明的第二个方面提供的木质素基填料。
[0031] 可选的，如前所述的脲醛树脂胶黏剂，其中，所述脲醛树脂与所述填料的质量比为 100:20 ?30。
[0032] 依据本发明的第四个发明，本发明提供了一种人造板，所述人造板中含有上述本 发明的第三个方面提供的脲醛树脂胶黏剂。
[0033] 借由上述技术方案，本发明实施例提供的一种木质素基填料及其制备方法和应 用，将水解处理后得到的农林生物质剩余物粉末和纯化处理后得到的工业碱木质素粉末混 和，其制备方法简单、制备成本低廉，可完全替代面粉这一主要粮食资源作为人造板生产中 胶黏剂的添加剂；同时，填料中木质素的存在可用于补集甲醛，与现有技术相比，使用本发 明实施例提供的木质素基填料的胶黏剂能大幅降低人造板的甲醛释放量。本发明扩展了农 林生物质剩余物及工业碱木质素的应用范围，具有极佳的工业化应用前景。
[0034] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
【具体实施方式】
[0035] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采用的技术手段及功效，结合较佳 实施例详细说明如下。
[0036] 我国是一个农业大国，每年由农业及林业生产会产生大量的农林生物质剩余物， 具有代表性的为玉米秸杆、稻草秸杆、麦草秸杆、玉米芯及甘蔗渣，其每年的消耗量远小于 当年的产生量，有很大一部分被丢弃或燃烧，造成极大的资源浪费及环境污染问题。另一方 面，我国的生物炼制产业每年也会产生大量的工业碱木质素，其合理利用也是一个牵制生 物炼制产业发展的难题。
[0037] 由于农林生物质剩余物中含有大量纤维素、半纤维素及木质素，木质素本身就是 一种天然胶黏剂，它将植物体中的纤维粘结起来并赋予植物体结构刚度及阻碍病虫害的能 力，并且有研究表明木质素可以与甲醛发生缩合反应形成交联结构。农林生物质本身质地 较软，对缓解固化后胶层的内应力有积极作用。因此，本发明提供了如下各实施例，以农林 生物质剩余物及工业碱木质素作为原料来制备能降低甲醛释放量并提高胶合强度的胶黏 剂填料。
[0038] 由上所述，本发明实施例一提供了一种木质素基填料的制备方法，包括：将农林生 物质剩余物进行水解处理；将工业碱木质素进行纯化处理；将水解处理后得到的农林生物 质剩余物粉末和纯化处理后得到的工业碱木质素粉末混和，制得所述木质素基填料。其中， 水解处理的步骤如下：将农林生物质剩余物与催化剂水溶液混和，所述催化剂水溶液为硫 酸溶液、盐酸溶液或醋酸溶液任一种或几种酸性溶液；将混和后的农林生物质剩余物与催 化剂水溶液进行水解处理；将水解处理后的农林生物质剩余物干燥后进行粉碎，得到农林 生物质剩余物粉末。纯化处理的步骤如下：将工业碱木质素在碱性溶液中进行溶解；将溶 解后得到的混合液的PH值调节至酸性，析出工业碱木质素沉淀物；将析出的工业碱木质素 沉淀物干燥后进行粉碎，得到纯化后的工业碱木质素粉末。
[0039] 进一步的，在将农林生物质剩余物进行水解处理之前，还可以对农林生物质剩余 物进行粉碎，得到粒径为1?2cm的农林生物质剩余物。将农林生物质剩余物粉碎后再进 行水解处理，可以提高水解处理的效率，使农林生物质剩余物水解的更彻底。
[0040] 进一步的，农林生物质剩余物与催化剂水溶液混和时的固液质量比可以为1:5? 10,采用这样的比例混合可以使农林生物质剩余物水解的更彻底，提高水解处理的效率。例 如可以采用固液质量比为1:10这样的比例混合，当然也可以采用其他的比例进行混合，具 体的本实施例对此不作限制。
[0041] 进一步的，水解处理时可以将温度设定为120?200°C，压力设定为0.5? 2. OMPa，时长设定为0. 5?4. 0h，采用这样的水解处理条件可以提高农林生物质剩余物水 解的效率，使其水解的更彻底。例如可以设定温度为180°C，压力为I. 5MPa，时长为2h进行 水解处理。当然也可以采用其他的水解处理条件，具体的本实施例对此不作限制。
[0042] 进一步的，在水解处理时使用的催化剂水溶液可以为硫酸溶液、盐酸溶液或醋酸 溶液中的任一种或几种，例如可以选择硫酸溶液作为水解处理的催化剂水溶液。当然也可 以选择其他酸性水溶液作为催化剂水溶液。具体的本实施例对此不作限制。
[0043] 其中，这些酸性水溶液作为催化剂水溶液，其质量百分比浓度通常不大于9%。例 如可以采用质量百分比浓度为9%或5%的硫酸溶液作为催化剂水溶液。当然也可以采用 其他的质量百分比浓度的催化剂水溶液，本实施例对此不作限制。在具体实施过程中，催化 剂水溶液的质量百分比浓度根据所用催化剂以及水解要求的不同而变化。如果采用醋酸溶 液作为催化剂水溶液，其质量百分比浓度与硫酸溶液相比就可以提高。通常情况下，催化剂 水溶液的质量百分比浓度在9%的范围内，浓度越高其催化效率越高，质量百分比浓度超过 9 %后，随着浓度的提高其催化效率降低。
[0044] 进一步的，工业碱木质素在碱性溶液中溶解时所采用的碱性溶液可以为pH>10. 5 的NaOH溶液，当然也可以采用KOH溶液或其他碱性溶液，采用NaOH溶液相对于其他碱性溶 液的成本低廉。其中，碱性溶液的PH值可以大于10. 5,当然也可以大于10或大于9,只要 能够使工业碱木质素在碱性溶液中溶解即可。采用pH>10. 5的碱性溶液能够使工业碱木质 素溶解更充分。本实施例对碱性溶液的PH值以及碱的种类不作限制。在具体的实施过程 中，可以采用pH = 11的NaOH溶液作为溶解工业碱木质素的碱性溶液。
[0045] 进一步的，在工业碱木质素溶解于碱性溶液形成混和液后，可以将混和液的pH值 调节至pH = 1. 5?3. 5,调节至这样的酸性范围，可以使工业碱木质素从混合液中充分沉 淀。例如，可以调节至混合液的pH = 2. 5。当然也可以调节混合液的pH值至其他酸度。具 体的本实施例对此不作限制，只要能够得到工业碱木质素沉淀物即可。
[0046] 进一步的，将水解处理后得到的农林生物质剩余物和纯化处理后得到的工业碱木 质素干燥后进行粉碎时，可以将其粉碎成粒径为90?350目的粉末。例如，可以将水解处 理后得到的农林生物质剩余物和纯化处理后得到的工业碱木质素都粉碎成300目的粉末。 当然，也可以将其粉碎成其他粒径范围的粉末。具体的本实施例对此不作限制。采用粒径 范围为90?350目的粉末，其添加到胶黏剂中可以提高胶黏剂的预压性能，并减小胶黏剂 固化后胶层的内应力，提高胶合强度。
[0047] 进一步的，农林生物质剩余物粉末和工业碱木质素粉末混和时的质量比可以为 0?1:0?1，即这两种粉末可以以任意比例混和，或者这两种粉末与面粉三者之间以任意 比例混和，或者其中一种粉末与面粉两者之间以任意比例混和，具体的本实施例对此不作 限制。例如农林生物质剩余物粉末和工业碱木质素粉末的质量比可以为1:9,也可以为7:3 或5:5,也可以单独将农林生物质剩余物粉末或工业碱木质素粉末作为填料，也可以将农林 生物质剩余物粉末或工业碱木质素粉末与面粉混和后作为填料。当然，将农林生物质剩余 物粉末和工业碱木质素粉末混和后作为填料时，能够达到较佳的使用效果和较低的成本。
[0048] 进一步的，农林生物质剩余物可以包括：玉米秸杆、稻草秸杆、小麦秸杆、玉米芯或 甘蔗渣的任一种或几种。工业碱木质素可以包括：杨木碱性硫酸盐法木质素、玉米芯工业碱 木质素或稻草碱法制浆木质素的任一种或几种。具体的本实施例对选用的农林生物质剩余 物和工业碱木质素的种类不作限制。
[0049] 借由上述技术方案，本发明实施例一提供的一种木质素基填料的制备方法，将水 解处理后得到的农林生物质剩余物粉末和纯化处理后得到的工业碱木质素粉末混和，其制 备方法简单、制备成本低廉，可完全替代面粉这一主要粮食资源作为人造板生产中胶黏剂 的添加剂；同时，填料中木质素的存在可用于补集甲醛，与现有技术相比，使用本发明实施 例提供的木质素基填料的制备方法能大幅降低人造板的甲醛释放量。本发明扩展了农林生 物质剩余物及工业碱木质素的应用范围，具有极佳的工业化应用前景。
[0050] 作为对上述实施例一提供的一种木质素基填料的制备方法的应用，本发明实施例 二提供了一种木质素基填料，该木质素基填料由上述实施例一提供的制备方法制得。
[0051] 借由上述技术方案，本发明实施例二提供的一种木质素基填料，将水解处理后得 到的农林生物质剩余物粉末和纯化处理后得到的工业碱木质素粉末混和，其制备方法简 单、制备成本低廉，可完全替代面粉这一主要粮食资源作为人造板生产中胶黏剂的添加剂； 同时，填料中木质素的存在可用于补集甲醛，与现有技术相比，使用本发明实施例提供的木 质素基填料能大幅降低人造板的甲醛释放量。本发明扩展了农林生物质剩余物及工业碱木 质素的应用范围，具有极佳的工业化应用前景。
[0052] 作为对上述实施例二提供的一种木质素基填料的应用，本发明实施例三提供了一 种脲醛树脂胶黏剂，包括：脲醛树脂及填料。其中，填料为上述实施例二提供的木质素基填 料。
[0053] 进一步的，脲醛树脂胶黏剂中的脲醛树脂及填料的质量比可以为100:20?30,例 如可以在质量份为100份的脲醛树脂中加入20份的填料或者加入30份的填料制得脲醛树 脂胶黏剂。具体的本实施例对此不作限制。
[0054] 借由上述技术方案，本发明实施例三提供的一种脲醛树脂胶黏剂，将水解处理后 得到的农林生物质剩余物粉末和纯化处理后得到的工业碱木质素粉末混和，其制备方法简 单、制备成本低廉，可完全替代面粉这一主要粮食资源作为人造板生产中胶黏剂的添加剂； 同时，填料中木质素的存在可用于补集甲醛，与现有技术相比，使用本发明实施例提供的脲 醛树脂胶黏剂能大幅降低人造板的甲醛释放量。本发明扩展了农林生物质剩余物及工业碱 木质素的应用范围，具有极佳的工业化应用前景。
[0055] 作为对上述实施例三提供的一种脲醛树脂胶黏剂的应用，本发明实施例四提供了 一种人造板，其含有上述实施例三提供的脲醛树脂胶黏剂。
[0056] 借由上述技术方案，本发明实施例四提供的一种脲醛树脂胶黏剂，将水解处理后 得到的农林生物质剩余物粉末和纯化处理后得到的工业碱木质素粉末混和，其制备方法简 单、制备成本低廉，可完全替代面粉这一主要粮食资源作为人造板生产中胶黏剂的添加剂； 同时，填料中木质素的存在可用于补集甲醛，与现有技术相比，使用本发明实施例提供的人 造板能大幅降低甲醛释放量。本发明扩展了农林生物质剩余物及工业碱木质素的应用范 围，具有极佳的工业化应用前景。
[0057] 为了能够更清楚的表现本发明实施例提供的木质素基填料的效果，以下提供两个 对比例（对比例一和对比例二）以及五个实施例（实施例五、实施例六、实施例七、实施例 八和实施例九）进行比较。
[0058] 上述对比例及实施例中采用的脲醛树脂均为市售El级普通脲醛树脂，该脲醛树
【权利要求】
1. 一种木质素基填料的制备方法，其特征在于，包括： A、 将农林生物质剩余物进行水解处理，包括如步骤： Al、将所述农林生物质剩余物与催化剂水溶液混和，所述催化剂水溶液为硫酸溶液、盐 酸溶液或醋酸溶液任一种或几种酸性溶液； A2、将混和后的农林生物质剩余物与催化剂水溶液进行水解处理； A3、将水解处理后的所述农林生物质剩余物干燥后进行粉碎，得到农林生物质剩余物 粉末； B、 将工业碱木质素进行纯化处理,包括如步骤： B1、将所述工业碱木质素在碱性溶液中进行溶解； B2、将溶解后得到的混合液的pH值调节至酸性，析出工业碱木质素沉淀物； B3、将析出的工业碱木质素沉淀物干燥后进行粉碎，得到纯化后的工业碱木质素粉 末； C、 将所述农林生物质剩余物粉末和所述工业碱木质素粉末混和，制得所述木质素基填 料。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在A之前，还包括： 对所述农林生物质剩余物进行粉碎，得到粒径为1?2cm的农林生物质剩余物。
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述农林生物质剩余物与所述催化 剂水溶液进行混和时的固液质量比为1:5?10。
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于， 所述步骤A2中水解处理的温度为120?200°C，压力为0. 5?2. OMPa，时长为0. 5? 4. 0h〇
5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤Al中， 所述催化剂水溶液的质量百分比浓度不大于9%。
6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤Bl中， 所述碱性溶液为pH> 10. 5的NaOH溶液。
7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤B2中， 将所述混合液的pH值调节至pH = 1. 5?3. 5。
8. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述农林生物质剩余物粉末和所述 工业碱木质素粉末的粒径为90?350目。
9. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述C中，将所述农林生物质剩余 物粉末和所述工业碱木质素粉末混和的质量比为〇?1:0?1。
10. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于， 所述农林生物质剩余物包括：玉米秸杆、稻草秸杆、小麦秸杆、玉米芯或甘蔗渣的任一 种或几种； 所述工业碱木质素包括：杨木碱性硫酸盐法木质素、玉米芯工业碱木质素或稻草碱法 制浆木质素的任一种或几种。
11. 一种木质素基填料，其特征在于，由权利要求1-10任何一项权利要求所述的制备 方法制得的所述木质素基填料。
12. -种脲醛树脂胶黏剂，其特征在于，包括： 脲醛树脂及填料； 所述填料为权利要求11所述的木质素基填料。
13. 根据权利要求12所述的脲醛树脂胶黏剂，其特征在于，所述脲醛树脂与所述填料 的质量比为100:20?30。
14. 一种人造板，其特征在于，人造板中含有权利要求12或13所述的脲醛树脂胶黏剂。
【文档编号】C08H7/00GK104312480SQ201410542290
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】孙润仓, 袁同琦, 杨昇 申请人:北京林业大学