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CN103183798B - 制备酚醛树脂的方法、树脂材料及制备树脂成形材料的方法 - Google Patents

制备酚醛树脂的方法、树脂材料及制备树脂成形材料的方法 Download PDF

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CN103183798B CN201210131407.9A CN201210131407A CN103183798B CN 103183798 B CN103183798 B CN 103183798B CN 201210131407 A CN201210131407 A CN 201210131407A CN 103183798 B CN103183798 B CN 103183798B
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Abstract

本发明提供一种制备酚醛树脂的方法,包括下列步骤:对一生质物热裂解油进行萃取,以萃取出一第一酚类混合物;以及于一醛类、一醇类与一碱性催化剂存在下,对该第一酚类混合物进行聚合,以形成一酚醛树脂溶液。本发明还提供一种由该酚醛树脂所制备的树脂材料。本发明还提供一种制备树脂成形材料的方法。

Description

制备酚醛树脂的方法、树脂材料及制备树脂成形材料的方法
技术领域
本发明是涉及一种酚醛树脂的制备方法,特别是涉及一种由生质物热裂解油(biomass pyrolysis oil)制备酚醛树脂的方法。
背景技术
由于石油蓄储量有限,且加工使用过程大量排放二氧化碳(CO2)温室气体,造成全球气候暖化,并危及人类未来的生存环境。因此,寻找石油替代资源为目前世界各国所共同关切的课题。欧美等先进国家均加强研发以再生性资源取代石化原料,并筹思规范未来石化加工产品中必须含有相当比例的再生性材料,如此显示有迫切开发再生性材料及建立相关加工技术的需要,以维系未来相关产业的持续发展。
木质纤维素是天然高分子,具可再生特性,主要由碳、氢、氧所构成,其中的木质素是自然界唯一能提供可再生的酚类化合物(phenolic compound)或芳香基化合物的非石化资源。纤维素经热裂解则产生以左旋葡聚糖为主的生成物。对木质纤维素进行快速热裂解处理及化学处理,均是有效地将其由固态转化成液态的方法,并藉以取得可利用的酚类化合物。
在酚类化合物利用方面,酚醛树脂(phenol-formaldehyde resin)为最早被开应用的合成树脂,其加工产品领域涵盖胶合剂、涂料、成型材料、电子基板、绝缘材、隔热材等诸多领域,而其硬化树脂经进一步碳化处理后可应用于特殊机能性的碳材料。
因此,若能有效利用木质纤维素,一方面可解决农林废弃物及木质素废弃物的处置问题,另方面亦可提供可再生的石化替代材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由生质物热裂解油来制备酚醛树脂的方法,以期降低对石化原料的依赖。
本发明提供一种制备酚醛树脂的方法,其为由生质物热裂解油来制备酚醛树脂,该方法包括下列步骤:对一生质物热裂解油(biomass pyrolysis oil)进行萃取,以萃取出一第一酚类混合物(phenolic compound);以及于一醛类、一醇类与一碱性催化剂存在下,对该第一酚类混合物进行聚合,以形成一酚醛树脂(phenol-formaldehyde resin)溶液。
本发明还包括对该酚醛树脂溶液进行稀释,以形成一酚醛树脂的稀释液。
本发明还提供一种树脂材料,包括:一基材,由上述所制备的酚醛树脂的稀释液所含浸(impregnation)。
本发明还提供一种制备树脂成形材料的方法,包括下列步骤:提供一生质物热裂解油萃取液;于一醛类、一醇类与一碱性催化剂存在下,对该生质物热裂解油萃取液进行一聚合反应,以形成一分层溶液,其中该聚合反应的温度约介于70~90℃,时间约介于0.5~2小时;取该分层溶液的下层并以醇类进行稀释,以形成一稀释溶液;将一基材含浸于该稀释溶液中;以及对该基材进行烘干、粉碎及成形。
本发明的优点在于:本发明提供的制备酚醛树脂的方法是以新颖的萃取剂自生质物热裂解油中萃取出具有高反应性的酚类化合物,且此具有高反应性的酚类化合物可以新颖的合成方法在碱性催化剂存在下合成酚醛树脂,所合成的树脂可应用于例如含浸木粉,并进一步将此树脂含浸木粉通过热压合制作成电木成型材料;因此,新颖的萃取剂可大幅度降低有机萃取溶剂的使用量、原料成本及回收成本,而分离所得的具有高反应性的酚类化合物有利于合成树脂;本发明选用的原料除了可提升农林废弃物及造纸黑液废弃物及木质素的再利用价值,更是降低了对石化原料的依赖,减少二氧化碳排放,减缓地球暖化,是一种可持续供应的绿色化学材料。
为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂,下文特举一较佳实施例,作详细说明如下:
附图说明
图1是根据本发明的实施例1的经萃取所得的酚类化合物样品的GC分析图谱;
图2是根据本发明的实施例2的经萃取所得的酚类化合物样品的GC分析图谱;
图3为根据比较实施例3的经萃取所得的酚类化合物样品的GC分析图谱;
图4为实施例1与比较实施例1的酚醛树脂溶液的FTIR图谱,其中,虚线代表实施例1,实线代表比较实施例1。
具体实施方式
本发明的一实施例,提供一种从生质物热裂解油制备酚醛树脂的方法,包括下列步骤。首先,对一生质物热裂解油进行萃取,以萃取出一第一酚类混合物。之后,于一醛类、一醇类与一碱性催化剂存在下,对第一酚类混合物进行聚合,以形成一酚醛树脂溶液。
上述生质物热裂解油是由一生质物(biomass)经热裂解所获得。上述生质物可包括针叶木(例如柳杉木)、阔叶木、草类或木质素等。
上述由生质物热裂解油所萃取出的第一酚类混合物可包括苯酚(phenol)、2-甲酚(2-cresol)、4-甲酚(4-cresol)、3-甲酚(3-cresol)、邻甲氧基酚(guaiacol)、2,6-二甲基酚(2,6-dimethyl phenol)、2,4-二甲基酚(2,4-dimethyl phenol)、4-乙基酚(4-ethyl phenol)、m-乙基酚(m-ethyl phenol)、2-甲氧基-4-甲基酚(2-methoxy-4-methyl phenol)、1,2-苯二酚(1,2-benzenediol)、3,4-二甲基酚(3,4-xylenol)、4-乙基-m-甲酚(4-ethyl-m-cresol)、3-甲氧基邻苯二酚(3-methoxycatechol)、3-甲基邻苯二酚(3-methyl pyrocatechol)、1,4-苯二酚(1,4-benzenediol)、4-乙基邻甲氧基酚(4-ethyl guaiacol)、4-甲基邻苯二酚(4-methyl catechol)、4-乙烯基-2-甲氧基酚(4-vinyl-2-methoxy phenol)、2-甲基-1,4-苯二酚(2-methyl-1,4-benzenediol)、2,6-二甲氧基酚(2,6-dimethoxy phenol)、2-甲氧基-4-丙基酚(2-methoxy-4-propyl phenol)、对丙烯基邻甲氧基苯酚(isoeugenol)、2-甲氧基-4-丙基酚(2-methoxy-4-propyl phenol)、2,6-二甲氧基-4-烯丙基酚(2,6-dimethoxy-4-allyl phenol)、3-烯丙基-6-甲氧基酚(3-allyl-6-methoxy phenol)、或其类似物、或组合中至少两种。
本发明以一萃取剂对生质物热裂解油进行萃取。
在一实施例中,上述由生质物热裂解油所萃取出的第一酚类混合物亦可作为一萃取剂,对生质物热裂解油进行萃取。
在一实施例中,萃取剂可包括一溶剂,例如乙酸乙酯(ethyl acetate)、乙酸丙酯(propyl acetate)、乙酸丁酯(butyl acetate)、甲基异丙基酮(methyl isopropylketone,MIPK)、甲基异丁基酮(methyl isobutyl ketone,MIBK)、甲基异戊基酮(methyl i-amyl ketone,MIAK)、二乙基酮(ethyl ethyl ketone,EEK)或甲苯(toluene)。上述溶剂与生质物热裂解油的重量比大体介于0.1∶1~1∶1。
在一实施例中,于第一酚类混合物的聚合步骤中,所添加的醛类可包括甲醛(formaldehyde)、羟基乙醛(glycolaldehyde)、丙醛(propanal)、间羟基苯甲醛(m-hydroxybenzaldehyde)、3-甲氧基-4-羟基苯甲醛(vanillin)、2,3-二羟基苯甲醛(2,3-dihydroxy benzaldehyde)、m-羟基苯甲醛(m-hydroxy benzaldehyde)、或5-甲基呋喃醛(5-methyl-2-furfural)。上述醛类与第一酚类混合物的重量比大体介于0.1∶1~1∶1或大体介于0.3∶1~0.8∶1。所添加的醇类可包括乙醇、甲醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、正己醇或叔丁醇,其与第一酚类混合物的重量比大体介于0.1∶1~10∶1。此外,所添加的碱性催化剂可包括氨水、三乙基胺水溶液、三乙基二胺水溶液、氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、或氢氧化钡水溶液。
在一些实施例中,于上述醛类、醇类与碱性催化剂存在下,可还包括添加一第三酚类化合物,以对第一酚类混合物进行聚合。上述于第一酚类混合物聚合步骤中所添加的第三酚类化合物可包括苯酚(phenol)、2-甲酚(2-cresol)、4-甲酚(4-cresol)、3-甲酚(3-cresol)、邻甲氧基酚(guaiacol)、2,6-二甲基酚(2,6-dimethyl phenol)、2,4-二甲基酚(2,4-dimethyl phenol)、4-乙基酚(4-ethylphenol)、m-乙基酚(m-ethyl phenol)、2-甲氧基-4-甲基酚(2-methoxy-4-methylphenol)、1,2-苯二酚(1,2-benzenediol)、3,4-二甲基酚(3,4-xylenol)、4-乙基-m-甲酚(4-ethyl-m-cresol)、3-甲氧基邻苯二酚(3-methoxy catechol)、3-甲基邻苯二酚(3-methyl pyrocatechol)、1,4-苯二酚(1,4-benzenediol)、4-乙基邻甲氧基酚(4-ethyl guaiacol)、4-甲基邻苯二酚(4-methyl catechol)、4-乙烯基-2-甲氧基酚(4-vinyl-2-methoxy phenol)、2-甲基-1,4-苯二酚(2-methyl-1,4-benzenediol)、2,6-二甲氧基酚(2,6-dimethoxy phenol)、2-甲氧基-4-丙基酚(2-methoxy-4-propylphenol)、对丙烯基邻甲氧基苯酚(isoeugenol)、2-甲氧基-4-丙基酚(2-methoxy-4-propyl phenol)、2,6-二甲氧基-4-烯丙基酚(2,6-dimethoxy-4-allylphenol)、3-烯丙基-6-甲氧基酚(3-allyl-6-methoxy phenol)、或其类似物、或组合,其与第一酚类混合物的重量比大体介于0.5∶1~2∶1。
在另一实施例中,除溶剂外,萃取剂可还包括一第二酚类化合物,例如苯酚(phenol)、2-甲酚(2-cresol)、4-甲酚(4-cresol)、3-甲酚(3-cresol)、邻甲氧基酚(guaiacol)、2,6-二甲基酚(2,6-dimethyl phenol)、2,4-二甲基酚(2,4-dimethylphenol)、4-乙基酚(4-ethyl phenol)、m-乙基酚(m-ethyl phenol)、2-甲氧基-4-甲基酚(2-methoxy-4-methyl phenol)、1,2-苯二酚(1,2-benzenediol)、3,4-二甲基酚(3,4-xylenol)、4-乙基-m-甲酚(4-ethyl-m-cresol)、3-甲氧基邻苯二酚(3-methoxycatechol)、3-甲基邻苯二酚(3-methyl pyrocatechol)、1,4-苯二酚(1,4-benzenediol)、4-乙基邻甲氧基酚(4-ethyl guaiacol)、4-甲基邻苯二酚(4-methyl catechol)、4-乙烯基-2-甲氧基酚(4-vinyl-2-methoxy phenol)、2-甲基-1,4-苯二酚(2-methyl-1,4-benzenediol)、2,6-二甲氧基酚(2,6-dimethoxy phenol)、2-甲氧基-4-丙基酚(2-methoxy-4-propyl phenol)、对丙烯基邻甲氧基苯酚(isoeugenol)、2-甲氧基-4-丙基酚(2-methoxy-4-propyl phenol)、2,6-二甲氧基-4-烯丙基酚(2,6-dimethoxy-4-allyl phenol)、3-烯丙基-6-甲氧基酚(3-allyl-6-methoxy phenol)、或其类似物、或组合。上述第二酚类化合物与生质物热裂解油的重量比大体介于0.1∶1~1∶1或大体介于0.1∶1~0.5∶1。
在另一实施例中,于萃取剂包含上述第二酚类化合物以及上述醛类、醇类与碱性催化剂存在的情况下,可还包括添加一第四酚类化合物,以对第一酚类混合物进行聚合。上述于第一酚类混合物聚合步骤中所添加的第四酚类化合物可包括苯酚(phenol)、2-甲酚(2-cresol)、4-甲酚(4-cresol)、3-甲酚(3-cresol)、邻甲氧基酚(guaiacol)、2,6-二甲基酚(2,6-dimethyl phenol)、2,4-二甲基酚(2,4-dimethyl phenol)、4-乙基酚(4-ethyl phenol)、m-乙基酚(m-ethyl phenol)、2-甲氧基-4-甲基酚(2-methoxy-4-methyl phenol)、1,2-苯二酚(1,2-benzenediol)、3,4-二甲基酚(3,4-xylenol)、4-乙基-m-甲酚(4-ethyl-m-cresol)、3-甲氧基邻苯二酚(3-methoxy catechol)、3-甲基邻苯二酚(3-methyl pyrocatechol)、1,4-苯二酚(1,4-benzenediol)、4-乙基邻甲氧基酚(4-ethyl guaiacol)、4-甲基邻苯二酚(4-methyl catechol)、4-乙烯基-2-甲氧基酚(4-vinyl-2-methoxy phenol)、2-甲基-1,4-苯二酚(2-methyl-1,4-benzenediol)、2,6-二甲氧基酚(2,6-dimethoxy phenol)、2-甲氧基-4-丙基酚(2-methoxy-4-propyl phenol)、对丙烯基邻甲氧基苯酚(isoeugenol)、2-甲氧基-4-丙基酚(2-methoxy-4-propyl phenol)、2,6-二甲氧基-4-烯丙基酚(2,6-dimethoxy-4-allyl phenol)、3-烯丙基-6-甲氧基酚(3-allyl-6-methoxyphenol)、或其类似物、或组合,其与生质物热裂解油的重量比大体介于0.1∶1~0.5∶1。在一实施例中,第四酚类化合物与第一酚类混合物相同,且第四酚类化合物与第一酚类混合物的重量比大体介于0.1∶1~0.5∶1。
本发明还包括对上述酚醛树脂溶液进行稀释,以形成一酚醛树脂的稀释液。在一实施例中,可以一醇类对酚醛树脂溶液进行稀释,例如以乙醇、甲醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、正己醇或叔丁醇对酚醛树脂溶液进行稀释。上述醇类与酚醛树脂溶液的重量比大体介于0.1∶1~10∶1。本发明还包括以上述酚醛树脂的稀释液含浸一基材(matrix),以形成一树脂含浸材料(resin impregnated material)。上述基材可包括木质纤维素粉(例如木粉或竹粉)、纸类(例如牛皮纸)、或织物(例如布)。在一实施例中,例如以酚醛树脂稀释液含浸一木粉,以形成一树脂含浸木粉材料。
本发明还包括对一树脂含浸材料进行热压合,以形成一树脂成型材料。在一实施例中,例如对一树脂含浸木粉材料进行热压合,以形成一电木成型材料。
本发明的一实施例,提供一种树脂材料,包括:一基材,由上述所制备的酚醛树脂的稀释液所含浸。
上述基材可包括木质纤维素粉(例如木粉或竹粉)、纸类(例如牛皮纸)、或织物(例如布)。
本发明以生质物热裂解油制成例如电木成型材料(bakelite molding material)的树脂成型材料,揭示一种以生质物热裂解油制备酚醛树脂成型材料的方法。
本发明的一实施例,提供一种制备树脂成形材料的方法,包括下列步骤。首先,提供一生质物热裂解油萃取液,并于一醛类、一醇类与一碱性催化剂存在下,对生质物热裂解油萃取液进行一聚合反应,以形成一分层溶液。聚合反应的温度约介于70~90℃,时间约介于0.5~2小时。之后,取分层溶液的下层并以醇类进行稀释,以形成一稀释溶液。之后,将一基材含浸于稀释溶液中。之后,对基材进行烘干、粉碎及成形。
【实施例1】本发明树脂成型材料的制备I
首先,取525克的柳杉木热裂解油(该柳杉木热裂解油可参考Chih-ChiangChang,et al.,“Fast Pyrolysis of Sawdust in a Bubbling Fluidized Bed to ProduceBio-oil”,The 13th Asia Pacific Confederation of Chemical EngineeringCongress,October 5-8,2010,Taipei制得)加入420克的乙酸乙酯作萃取。上述混合液先过滤,所得滤液以分液漏斗静置分相。接着,取溶剂相581克加入418克的水进行水洗。经静置分相后,取疏水相470克,加入471克、5%的碳酸氢钠,以调整其pH至约7.7。上述中和溶液经静置分相,取疏水相以旋转蒸发器进行蒸发,得酚类化合物样品。取酚类化合物样品加入3倍的MIBK进行稀释,并以GC分析其组成。GC分析条件及分析所得的第一酚类混合物样品组成如下:
GC分析条件:
Agilent 7890A
管柱:DB-5ms(60m×250μm×1μm)
注射温度:280℃
管柱流速:He,2mL/min
注射分流比:无分流
注射体积:0.1μL
加热流程:40℃(5min)→增温3℃/min→280℃(5min)
经上述分析所得的第一酚类混合物样品组成包括苯酚(phenol)、2-甲酚(2-cresol)、4-甲酚(4-cresol)、3-甲酚(3-cresol)、邻甲氧基酚(guaiacol)、2,6-二甲基酚(2,6-dimethyl phenol)、2,4-二甲基酚(2,4-dimethyl phenol)、4-乙基酚(4-ethylphenol)、m-乙基酚(m-ethyl phenol)、2-甲氧基-4-甲基酚(2-methoxy-4-methylphenol)、3,4-二甲基酚(3,4-xylenol)、4-乙基-m-甲酚(4-ethyl-m-cresol)、3-甲氧基邻苯二酚(3-methoxy catechol)、3-甲基邻苯二酚(3-methyl pyrocatechol)、1,4-苯二酚(1,4-benzenediol)、4-乙基邻甲氧基酚(4-ethyl guaiacol)、4-甲基邻苯二酚(4-methyl catechol)、4-乙烯基-2-甲氧基酚(4-vinyl-2-methoxy phenol)、2-甲基-1,4-苯二酚(2-methyl-1,4-benzenediol)、2,6-二甲氧基酚(2,6-dimethoxy phenol)、2-甲氧基-4-丙基酚(2-methoxy-4-propyl phenol)、对丙烯基邻甲氧基苯酚(isoeugenol)、2-甲氧基-4-丙基酚(2-methoxy-4-propyl phenol)、2,6-二甲氧基-4-烯丙基酚(2,6-dimethoxy-4-allyl phenol)与3-烯丙基-6-甲氧基酚(3-allyl-6-methoxy phenol),其GC分析图谱如图1所示,可同时对照表1内容。
表1
将47克的上述第一酚类混合物样品、130克的福尔马林、47克的苯酚(第三酚类化合物)以及30ml的乙醇混合于一反应瓶中并加热。福尔马林(formalin)是甲醛含量为37wt%的水溶液。将10ml的氨水加入上述反应瓶中,控温80℃,反应1小时。之后,冷却降温至室温,并取下反应瓶静置分层。取出下层酚醛树脂(PF)溶液165克,此酚醛树脂(PF)溶液以FTIR鉴定(图4),并将该层溶液以231克的乙醇稀释调配,合计得到含浸用的酚醛树脂(PF)溶液396克。
接着,称量100克的木粉(马六甲合欢木粉,粒径100mesh),并将其倒入上述含浸用的酚醛树脂(PF)溶液175克,含浸24小时后烘干,以粉碎机粉碎烘干的树脂含浸木粉。接着,以油压成型机(180℃)进行压片,以形成树脂成型材料(电木成型材料),测其试片的内聚强度(internal bonding strength)为41.1±2.9kgf/cm2
【实施例2】本发明树脂成型材料的制备II
首先,取479克的柳杉木热裂解油加入48克的乙酸乙酯及105克的苯酚(柳杉木热裂解油/乙酸乙酯=1/0.1,生质物热裂解油/酚=1/0.22)进行萃取,萃取混合液过滤后,所得滤液以分液漏斗静置分层。接着,取溶剂相435.5克加入357.34克的水进行水洗。经静置分相后,取疏水相309克加入412克、5%的碳酸氢钠,以调整其pH至约7.3。上述中和溶液经静置分相,取疏水相以旋转蒸发器进行蒸发,得第一酚类混合物样品。取第一酚类混合物样品加入3倍的MIBK进行稀释,并以GC分析其组成。GC分析条件同实施例1,其GC分析所得的组成份分布图谱如图2所示,可同时对照表2内容。
表2
将141克的第一酚类混合物样品、195克的福尔马林以及45ml的乙醇混合于一反应瓶中并加热,将15ml的氨水加入上述反应瓶中,控温80℃,反应1小时。之后,冷却降温至室温,并取下反应瓶静置分层。取出下层酚醛树脂(PF)溶液165克,并将该层溶液以231克的乙醇调配成含浸用的酚醛树脂(PF)溶液。
接着,称量100克的木粉,并将其倒入上述含浸用的酚醛树脂(PF)溶液175克,含浸24小时后烘干,以粉碎机粉碎烘干的树脂含浸木粉。接着,树脂含浸木粉以油压成型机(180℃)进行压片,以形成树脂成型材料(电木成型材料),测其试片的内聚强度为39.7±2.8kgf/cm2
【比较实施例1】
将94克的苯酚与130克的福尔马林混合于一反应瓶中并加热,将10ml的氨水加入上述反应瓶中,控温80℃,反应1小时。之后,冷却降温至室温,并取下反应瓶静置分层。取出下层酚醛树脂(PF)溶液165克,并将该层溶液以231克的乙醇调配成含浸用的酚醛树脂(PF)溶液,此酚醛树脂(PF)溶液以FTIR鉴定(图4)。
接着,称量100克的木粉,并将其倒入上述含浸用的酚醛树脂(PF)溶液175克,含浸24小时。烘干后,以粉碎机粉碎烘干的树脂含浸木粉。接着,树脂含浸木粉以油压成型机(180℃)进行压片,以形成树脂成型材料(电木成型材料),测其试片的内聚强度为30.7±5.9kgf/cm2
【比较实施例2】
将94克的苯酚、30ml的乙醇以及130克的福尔马林混合于一反应瓶中并加热,将10ml的氨水加入上述反应瓶中,控温80℃,反应1小时。之后,冷却降温至室温,并取下反应瓶静置,然,无法分层,无法进一步调配成含浸用的酚醛树脂(PF)溶液。
【比较实施例3】
首先,取519克的乙酸乙酯加入519克的柳杉木热裂解油(柳杉木热裂解油/乙酸乙酯=1/1)进行萃取,萃取混合液过滤后,所得滤液以分液漏斗静置分层。接着,取溶剂相709克加入509克的水进行水洗。
经静置分相后,取疏水相636克加入713克、5%的碳酸氢钠,以调整其pH至约7.35。上述中和溶液经静置分相,取疏水相以旋转蒸发器进行蒸发,得酚类化合物样品。取酚类化合物样品加入3倍的MIBK进行稀释,并以GC分析其组成。GC分析条件同实施例1,其GC分析所得的组成份分布图谱如图3所示,可同时对照表3内容。
表3
将94克的酚类化合物样品、130克的福尔马林以及21克的苯酚混合于一反应瓶中并加热,将10ml的氨水加入上述反应瓶中,温控80℃,反应1小时。的后,冷却降温至室温,并取下反应瓶静置分层。取出下层酚醛树脂(PF)溶液165克,然,该层溶液呈胶化态样,无法以乙醇调配成含浸用的酚醛树脂(PF)溶液,故,无法制备成树脂含浸成型材料。
【实施例3】本发明萃取液中的反应性酚含量(萃取剂为乙酸乙酯)
测试反应性酚含量的标准方法乃在酚类物质样品水溶液中加入福尔马林,并于强酸环境下使酚类物质与甲醛进行聚缩合反应,形成高分子化的固体状物质而析出。最终产物放置于103±2℃的烘箱中干燥至恒重。最后,由取样的样品重及最终的干燥物重计算出反应性酚含量。
柳杉木热裂解油原液经静置相分离,取油相测试反应性酚含量为58%。
柳杉木热裂解油分离酚类化合物的程序同实施例1,包含萃取、水洗、中和及蒸发。萃取剂为乙酸乙酯,柳杉木热裂解油∶萃取剂=1∶1(w/w)。经萃取、水洗、中和及蒸发后,所得到的酚类化合物其反应性酚含量为86%。
【实施例4】本发明萃取液中的反应性酚含量(萃取剂为苯酚及乙酸乙酯)
本实施例以柳杉木热裂解油分离酚类化合物的程序同实施例2,萃取剂由苯酚(phenol)及乙酸乙酯调配而成,柳杉木热裂解油∶苯酚=1∶0.22(w/w),柳杉木热裂解油∶乙酸乙酯=1∶0.1(w/w)。经萃取、水洗、中和及蒸发后,所得到的酚类化合物其反应性酚含量大于99%。
本发明所揭露的实施例以新颖的萃取剂自生质物热裂解油中萃取出具有高反应性的酚类化合物,此具有高反应性的酚类化合物以新颖的合成方法在碱性催化剂存在下合成酚醛树脂,所合成的树脂可应用于例如含浸木粉,并进一步将此树脂含浸木粉通过热压合制作成电木成型材料。
本发明所揭露的实施例所使用的生质物热裂解油是以农林废弃物,或造纸黑液废弃物,或木质素等生质物经快速热裂解(fast pyrolysis)而得。以酚类化合物与少量溶剂调配成萃取剂,此萃取剂对于酚类化合物的溶解度高,因此,易于萃取出酚类化合物,而调配用溶剂的用量仅为生质物热裂解油的10%。因此,新颖的萃取剂可大幅度降低有机萃取溶剂的使用量、原料成本及回收成本,而分离所得的具有高反应性的酚类化合物有利于合成树脂。此外,利用本发明新颖的合成方法(例如添加醇类),可调整酚类化合物的流动性(例如粘度)及反应性,有效控制反应条件致顺利合成树脂胶液,并含浸例如木粉等材料制成电木成型材料。
本发明所揭露的实施例可提升农林废弃物及造纸黑液废弃物及木质素的再利用价值,是一种取自天然植物废弃物为原料的可再生(renewable)生质树脂材料,降低了对石化原料的依赖,减少二氧化碳排放,减缓地球暖化,是一种可持续供应的绿色化学材料(green chemical)。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何熟习此项技艺者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作更动与润饰,因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种制备酚醛树脂的方法,包括下列步骤:
以一萃取剂对一生质物热裂解油进行萃取,以萃取出一第一酚类混合物,其中所述生质物热裂解油是由一生质物经热裂解所获得,其中所述生质物为针叶木、阔叶木、草类、或木质素,其中所述萃取剂为乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、甲基异丙基酮、甲基异丁基酮、甲基异戊基酮、二乙基酮、或甲苯,其中所述第一酚类混合物包括苯酚、2-甲酚、4-甲酚、3-甲酚、邻甲氧基酚、2,6-二甲基酚、2,4-二甲基酚、4-乙基酚、m-乙基酚、2-甲氧基-4-甲基酚、1,2-苯二酚、3,4-二甲基酚、4-乙基-m-甲酚、3-甲氧基邻苯二酚、3-甲基邻苯二酚、1,4-苯二酚、4-乙基邻甲氧基酚、4-甲基邻苯二酚、4-乙烯基-2-甲氧基酚、2-甲基-1,4-苯二酚、2,6-二甲氧基酚、2-甲氧基-4-丙基酚、对丙烯基邻甲氧基苯酚、2-甲氧基-4-丙基酚、2,6-二甲氧基-4-烯丙基酚、3-烯丙基-6-甲氧基酚、或组合中至少两种;以及
于一醛类、一醇类与一碱性催化剂存在下,对该第一酚类混合物进行聚合,以形成一酚醛树脂溶液,其中所述醇类为乙醇、甲醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、正己醇、或叔丁醇其中所述醛类与所述第一酚类混合物的重量比介于0.1:1~1:1,所述醇类与所述第一酚类混合物的重量比介于0.1:1~10:1。
2.如权利要求1所述的制备酚醛树脂的方法,其中所述萃取剂与所述生质物热裂解油的重量比介于0.1:1~1:1。
3.如权利要求1所述的制备酚醛树脂的方法,其中所述萃取剂还包括一第二酚类化合物。
4.如权利要求3所述的制备酚醛树脂的方法,其中所述第二酚类化合物包括苯酚、2-甲酚、4-甲酚、3-甲酚、邻甲氧基酚、2,6-二甲基酚、2,4-二甲基酚、4-乙基酚、m-乙基酚、2-甲氧基-4-甲基酚、1,2-苯二酚、3,4-二甲基酚、4-乙基-m-甲酚、3-甲氧基邻苯二酚、3-甲基邻苯二酚、1,4-苯二酚、4-乙基邻甲氧基酚、4-甲基邻苯二酚、4-乙烯基-2-甲氧基酚、2-甲基-1,4-苯二酚、2,6-二甲氧基酚、2-甲氧基-4-丙基酚、对丙烯基邻甲氧基苯酚、2-甲氧基-4-丙基酚、2,6-二甲氧基-4-烯丙基酚、3-烯丙基-6-甲氧基酚、或组合。
5.如权利要求3所述的制备酚醛树脂的方法,其中所述第二酚类化合物与所述生质物热裂解油的重量比介于0.1:1~1:1。
6.如权利要求1所述的制备酚醛树脂的方法,其中所述醛类为甲醛、羟基乙醛、丙醛、间羟基苯甲醛、3-甲氧基-4-羟基苯甲醛、2,3-二羟基苯甲醛、或5-甲基呋喃醛。
7.如权利要求1所述的制备酚醛树脂的方法,其中所述碱性催化剂为氨水、三乙基胺水溶液、三乙基二胺水溶液、氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、或氢氧化钡水溶液。
8.如权利要求1所述的制备酚醛树脂的方法,于所述醛类、醇类与碱性催化剂存在下,更包括添加一第三酚类化合物,以对该第一酚类混合物进行聚合。
9.如权利要求8所述的制备酚醛树脂的方法,其中所述第三酚类化合物包括苯酚、2-甲酚、4-甲酚、3-甲酚、邻甲氧基酚、2,6-二甲基酚、2,4-二甲基酚、4-乙基酚、m-乙基酚、2-甲氧基-4-甲基酚、1,2-苯二酚、3,4-二甲基酚、4-乙基-m-甲酚、3-甲氧基邻苯二酚、3-甲基邻苯二酚、1,4-苯二酚、4-乙基邻甲氧基酚、4-甲基邻苯二酚、4-乙烯基-2-甲氧基酚、2-甲基-1,4-苯二酚、2,6-二甲氧基酚、2-甲氧基-4-丙基酚、对丙烯基邻甲氧基苯酚、2-甲氧基-4-丙基酚、2,6-二甲氧基-4-烯丙基酚、3-烯丙基-6-甲氧基酚、或组合。
10.如权利要求8所述的制备酚醛树脂的方法,其中所述第三酚类化合物与所述第一酚类混合物的重量比介于0.5:1~2:1。
11.如权利要求1所述的制备酚醛树脂的方法,还包括对所述酚醛树脂溶液进行稀释,以形成一酚醛树脂的稀释液。
12.如权利要求11所述的制备酚醛树脂的方法,其中是以一醇类对所述酚醛树脂溶液进行稀释。
13.如权利要求12所述的制备酚醛树脂的方法,其中所述醇类为乙醇、甲醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、正己醇、或叔丁醇。
14.如权利要求12所述的制备酚醛树脂的方法,其中所述醇类与所述酚醛树脂溶液的重量比介于0.1:1~10:1。
15.如权利要求11所述的制备酚醛树脂的方法,还包括以所述酚醛树脂的稀释液含浸一基材,以形成一树脂含浸材料。
16.如权利要求15所述的制备酚醛树脂的方法,其中所述基材为木质纤维素粉、纸类、或织物。
17.如权利要求15所述的制备酚醛树脂的方法,还包括对所述树脂含浸材料进行热压合,以形成一树脂成型材料。
18.一种树脂材料,包括:
一基材,由如权利要求11所述的酚醛树脂的稀释液所含浸。
19.如权利要求18所述的树脂材料,其中所述基材为木质纤维素粉、纸类、布、或织物。
20.一种制备树脂成型材料的方法,包括下列步骤:
提供一生质物热裂解油萃取液,其为以一萃取剂对一生质物热裂解油进行萃取而得,其中所述生质物热裂解油是由一生质物经热裂解所获得,其中所述生质物为针叶木、阔叶木、草类、或木质素,其中所述萃取剂为乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、甲基异丙基酮、甲基异丁基酮、甲基异戊基酮、二乙基酮、或甲苯;
于一醛类、一醇类与一碱性催化剂存在下,对该生质物热裂解油萃取液进行一聚合反应,以形成一分层溶液,其中所述醇类为乙醇、甲醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、正己醇、或叔丁醇,其中该聚合反应的温度介于70~90℃,时间介于0.5~2小时;
取该分层溶液的下层并以醇类进行稀释,以形成一稀释溶液;
将一基材含浸于该稀释溶液中;以及
对该基材进行烘干、粉碎及成型。
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