CN101928536A

CN101928536A - 一种阻燃型改性木质素胶及其制备方法

Info

Publication number: CN101928536A
Application number: CN 201010164503
Authority: CN
Inventors: 姚兆广; 胡军卫
Original assignee: ANJI SHIQIANG RUBBER MAKING Co Ltd
Current assignee: ANJI SHIQIANG RUBBER MAKING Co Ltd
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2010-12-29

Abstract

本发明涉及一种木材粘合剂及其制备方法，尤其涉及一种阻燃型改性木质素胶及其制备方法。一种阻燃型改性木质素胶，它是由以下组分为原料制得的：浓度为30%～50%的甲醛溶液20～30wt%，含三官能度的酚类物质8～12wt%，余量为以草本木质素为主要活性物质的造纸废液。本发明具有阻燃的优点；本发明具有胶黏强度高的优点；本发明的游离酚和游离甲醛含量低，具有环保的特点；本发明充分利用了造纸废液，不仅利于环保而且在生产成本上大大降低。

Description

一种阻燃型改性木质素胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种木材粘合剂及其制备方法，尤其涉及一种阻燃型改性木质素胶及其制备方法。

背景技术

目前人们最常用的木料粘合剂是酚醛树脂，酚醛树脂的优缺点鲜明，优点是胶合强度高、耐湿耐热性强；缺点是颜色深、性质脆、固化速度慢、阻燃效果一般，另外胶中含有少量的游离甲醛和游离酚对人体健康不利。木质素是由聚合的芳香族化合物构成的一类物质，天然存在于植物组织中，结构上位于纤维素纤维、半纤维素之间，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁。它具有和苯酚类似的化学性质，因此它可以和苯酚一起与甲醛反应生成树脂做胶粘剂。

专利号为200510018585.0的中国发明专利，公开了一种改性木素胶及其制作方法。它是将下述各组分混合在一起，放入反应锅中在40～80℃的温度下反应4～8小时后冷却至室温所制得的固含量在30～50%、以涂4杯、25℃测定的粘度为40～120秒改性木素（木质素）胶，所述各组分含量为：木素20～30wt%，浓度为37%的甲醛25～35wt%，增强剂10～15wt%，催化剂4～8wt%，溶剂余量；所述木素是含有对羟基苯基型结构的草木素或是木本木素与草木素的混合物，所述增强剂是苯酚或间苯二酚或间甲酚之类含三官能度的酚类化合物，所述催化剂是氢氧化钠或氢氧化镁或氢氧化铵或氢氧化钾或它们的混合物，所述溶剂是水或乙醇或乙醇水溶液。此种改性木素胶中游离酚和游离甲醛的含量低，具有环保的优点。但是该种改性木素胶的阻燃效果一般。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题提供一种阻燃型改性木质素胶，它具有阻燃性能优秀的特点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种阻燃型改性木质素胶，它是由以下组分为原料制得的：浓度为30%～50%的甲醛溶液20～30wt%，含三官能度的酚类物质8～12wt%，余量为以草本木质素为主要活性物质的造纸废液。

纸张制作是以木材为原料，在化学试剂作用下经过高压蒸煮，打浆，抄纸等工序制成。它的成分主要是纤维素和半纤维素，而木材中的木质素成分作为废料被排除，不仅浪费资源还造成污染。另外造纸废液中含有Si等非金属及其氧化物，Si等非金属及其氧化物具有良好的阻燃效果。

木质素是替代苯酚的常用的原料之一，它在胶黏剂中的应用有两种方式：一种是木质素本身作为胶黏剂,但此类胶黏剂大多需要较长的热压时间、较高的热压温度和酸度并且胶黏强度不高；另一种是对木质素进行改性后与酚醛树脂共混或共聚从而制得胶黏剂。木质素经活化改性后,能克服早期制备的木质素-酚醛树脂中木质素添加量少的缺点,各方面的性能也得到较大幅度提高。苯酚是一种芳香烃类化合物，它和甲醛反应能生成羟甲基苯酚，在碱性条件下，最终生成酚醛树脂。苯酚之所以能和甲醛反应生成热固性酚醛树脂，是因为苯酚是具有三官能度的化合物，也就是说苯酚分子有三个可反应的活性点，即在酚羟基的对位一个及酚羟基的邻位两个，一个分子的苯酚可以和三个分子的甲醛反应。苯酚和甲醛反应生成热固性酚醛树脂后，它的强度高，能耐沸水煮的原因，主要就是由于苯酚是有三官能度的关系，只有三官能度的化合物才能形成网状结构，才有较高的胶合强度和耐水性。木质素也是一种芳香类化合物，它的基本结构有三种：A愈创木基丙烷；B紫丁香基丙烷；C对－羟基苯丙烷；这三种化合物中Ａ的官能度是0，Ｂ的官能度是1，而C的官能度是2。官能度为0的化合物在一般情况下不能和甲醛反应，官能度为1的化合物能和甲醛反应，但不能生成高分子化合物，只能生成低分子化合物，官能度为2的化合物能和甲醛反应生成线型高分子化合物，而不是网状高分子化合物。因此从木素的基本化学结构来看，木素单独和甲醛反应是不能生成热固性树脂的，和苯酚混合与甲醛反应是可以的，借助苯酚的三官能度生成网状结构。稻草、麦草等草本植物造纸废液中所含的木素中的C类相对比较多，适合与苯酚混合和甲醛反应做胶，制成的胶的胶黏强度高。

作为优选，所述造纸废液中草本木质素的含量在5～10 wt%。

作为优选，所述造纸废液中含有Si等不燃性非金属及其氧化物。

作为优选，所述造纸废液为经过简单物理过滤然后再经过浓缩处理，草本木质素的含量在20wt%以上。

作为优选，所述含三官能度的酚类物质优选为苯酚。

本发明的另一个目的是提供一种阻燃型改性木质素胶的制备方法，依次包括以下步骤：

①、将含三官能度的酚类物质预先加热融化，用真空泵抽入反应锅，接着在反应锅中抽入碱性催化剂，接着向反应锅夹套内通冷却水，同时开搅拌器搅拌；

②、在所述反应锅中缓慢加甲醛，如果反应锅内升温较快，继续通冷却水；

③、在所述反应锅中加造纸废液，在58～62℃保温1.5～2.5小时，升温至78～82℃后，在78～82℃保温0.5～1小时至反应终点后，降温至40℃以下出料；

并且上述步骤中，各原料成分配比如下：

甲醛溶液的浓度为30%～50%，含量20～30wt%，含三官能度的酚类物质8～12wt%，余量为以草本木质素为主要活性物质的造纸废液。

在碱性条件下反应生成酚醛树脂主要经过两个阶段，前一阶段反应时生成一羟甲基苯酚和多羟甲基苯酚，在这个阶段，一个分子的苯酚可以和三个分子的甲醛反应，而且当生成一羟甲基苯酚后，它的继续进行反应的能力比原来的苯酚的反应活性要大得多，因此，原料配比和生产工艺不当，胶中的游离酚含量会较高，达不到环保要求。由于甲醛和苯酚反应的这个特点，原料配比和生产工艺就显得很重要，本项目采取适当加大甲醛用量的方法解决游离苯酚含量高的问题。虽然这样会使得甲醛含量暂时过多，但是甲醛与木质素也会发生反应，是羟甲基化反应，羟甲基化是木质素在碱性条件下与甲醛反应生成羟甲基,包括木质素芳环上羟甲基化和芳环侧链上羟甲基化,这个反应不仅没有副作用，甚至还能略微提升木质素的活性程度。但木质素何时加，是一个技术关键，如果和苯酚一起加入，会使胶的反应复杂化，使胶中的游离酚含量增加；如果在苯酚和甲醛反应结束后加入，会使木素的反应不完全，影响胶的性能，因此，必须在加热反应至一定温度时加入。

催化剂的选择可以说是一个关键中的关键，苯酚和甲醛反应有许多催化剂，有酸性催化剂和碱性催化剂两大类，催化剂不同，反应得到的胶的性能完全不一样，在这里一般都用碱性催化剂，而碱性催化剂也有很多，如氢氧化钠、氢氧化铵，氢氧化钾、液氨等，如果碱性催化剂选择不当会影响胶的溶解性能、强度和板材的耐水性。

作为优选，所述催化剂为PH值大于12的氢氧化钠溶液、氢氧化铵溶液或氢氧化钾溶液。

作为优选，所述含三官能度的酚类物质为苯酚。

作为优选，所述造纸废液为经过简单物理过滤然后再经过浓缩处理，草本木质素的含量在 20wt%以上。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明具有阻燃的优点；阻燃测试结果见实施例三；

2、本发明具有胶黏强度高的优点；

3、本发明的游离酚和游离甲醛含量低，具有环保的特点；

4、本发明充分利用了造纸废液，不仅利于环保而且在生产成本上大大降低。

具体实施方式

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例一

一种阻燃型改性木质素胶，它是由以下组分为原料制得的：浓度为30%的甲醛溶液20wt%，苯酚8wt%，余量为以草本木质素为主要活性物质的造纸废液。木质素是由聚合的芳香族化合物构成的一类物质，天然存在于植物组织中，结构上位于纤维素纤维、半纤维素之间，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁，具有和苯酚类似的结构。造纸废液中草本木质素的含量在5wt%以上。造纸废液中含有Si等不燃性非金属及其氧化物。

一种阻燃型改性木质素胶的制备方法，依次包括以下步骤：

①、将含三官能度的苯酚预先加热融化，用真空泵抽入反应锅，接着在反应锅中抽入PH值为12的氢氧化钠溶液做碱性催化剂，接着向反应锅夹套内通冷却水，同时开搅拌器搅拌；

③、在所述反应锅中加造纸废液，在58℃保温1.5小时，升温至78℃后，在78℃保温0.5小时至反应终点后，降温至40℃以下出料；

并且上述步骤中，各原料成分配比如下：

甲醛溶液的浓度为30%，含量20wt%，含三官能度的酚类物质8wt%，余量为以草本木质素为主要活性物质的造纸废液。所述造纸废液中含有Si等不燃性非金属及其氧化物。

实施例二

一种阻燃型改性木质素胶，它是由以下组分为原料制得的：浓度为50%的甲醛溶液30wt%，苯酚12wt%，余量为以草本木质素为主要活性物质的造纸废液。木质素是由聚合的芳香醇构成的一类物质，天然存在于植物组织中，位于纤维素纤维之间，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁，具有和苯酚类似的结构。造纸废液中草本木质素的含量在20wt%以上。造纸废液中含有Si等不燃性非金属及其氧化物。

一种阻燃型改性木质素胶的制备方法，依次包括以下步骤：

③、在所述反应锅中加造纸废液，在62℃保温一定时间，升温至82℃后，在82℃保温反应至终点后，降温至40℃以下出料；

并且上述步骤中，各原料成分配比如下：

甲醛溶液的浓度为50%，含量30wt%，甲酚8wt%，余量为以草本木质素为主要活性物质的造纸废液。所述造纸废液中含有Si等不燃性非金属及其氧化物。所述造纸废液为经过简单物理过滤然后再经过浓缩处理，草本木质素的含量在20wt%以上。

实施例三

阻燃测试：本测试是将桑木粉碎后为重组实木的原料，采用本发明实施例二制取的黏胶，人工合成的重组实木，测定它的阻燃效果。

测试基于：ASTM E84-08 建筑材料表面燃烧特征测试方法

时间（min）	火焰前端位置（视窗号）	烟气（光吸收）%	气流温度（℉）
				0.0	0	0	70
0.5	1	17	70
				1.0	2	30	72
1.5	2	38	88
				2.0	3	43	100
2.5	3	51	111
				3.0	3	53	118
3.5	4	54	124
				4.0	4	55	129
4.5	4	55	133
				5.0	4	55	136
5.5	4	52	144
				6.0	4	46	149
6.5	4	44	158
				7.0	4	41	165
7.5	4	40	165
				8.0	4	38	161
8.5	4	36	156
				9.0	4	35	151
9.5	4	34	149
				10.0	4	27	130

火焰传播指数=17.5 烟气增长指数=300。

实施例四

实施例四是实施例一制得的改性木质素胶的检验报告

序号	检验项目	单位	标准要求	检验结果	单项判定
						1	外观	/	无杂质，金黄色或浅红色透明液体	无杂质，浅红色透明液体	合格
2	PH值	/	≥7.0	10.3	合格
						3	固体含量	%	≥35.0	46.8	合格
4	粘度	mPa·S	20.0～300.0	173.8	合格
						5	游离甲醛含量	%	≤0.3	0.05	合格

Claims

1.一种阻燃型改性木质素胶，其特征在于，它是由以下组分为原料制得的：浓度为30%～50%的甲醛溶液20～30wt%，含三官能度的酚类物质8～12wt%，余量为以草本木质素为主要活性物质的造纸废液。

2.根据权利要求1所述的一种阻燃型改性木质素胶，其特征在于：所述造纸废液中草本木质素的含量在5～10 wt%。

3.根据权利要求1或2所述的一种阻燃型改性木质素胶，其特征在于：所述造纸废液中含有Si等不燃性非金属及其氧化物。

4.根据权利要求1所述的一种阻燃型改性木质素胶，其特征在于：所述造纸废液为经过简单物理过滤然后再经过浓缩处理，草本木质素的含量在 20wt%以上。

5.根据权利要求1所述的一种阻燃型改性木质素胶，其特征在于：所述含三官能度的酚类物质优选为苯酚。

6.一种阻燃型改性木质素胶的制备方法，依次包括以下步骤：

并且上述步骤中，各原料成分配比如下：

7.根据权利要求6所述的一种阻燃型改性木质素胶的制备方法，其特征在于：所述碱性催化剂为PH值大于12的氢氧化钠溶液、氢氧化铵溶液或氢氧化钾溶液。

8.根据权利要求6所述的一种阻燃型改性木质素胶的制备方法，其特征在于：所述含三官能度的酚类物质为苯酚。

9.根据权利要求6所述的一种阻燃型改性木质素胶的制备方法，其特征在于：所述造纸废液中含有Si等不燃性非金属及其氧化物。

10.根据权利要求6所述的一种阻燃型改性木质素胶的制备方法，其特征在于：所述造纸废液为经过简单物理过滤然后再经过浓缩处理，草本木质素的含量在 20wt%以上。