[发明专利]由甲醛、苯酚和木质素的缩聚获得的酚醛树脂

说明书

本发明提出了一种木质素‑酚‑醛树脂，其在碱性或酸性催化剂存在下，通过甲醛、苯酚和木质素的缩聚获得，其特征在于木质素为在可用的官能团上没有化学改性的木质素。该木质素具有低分子量，且其包含选自脂肪族羟基和酚羟基的可用的官能团。使用所述木质素代替苯酚的基于重量计的程度为50％至60％。所述木质素和苯酚在树脂中的重量比等于苯酚在不含木质素的酚‑醛(PF)树脂中的重量比。

发明领域

本发明涉及由特定的木质素表示的天然多元酚型纯的和非降解生物聚合物的新用途。

本发明涉及通过用该特定的木质素以1∶1(基于重量)的“代替比”大比例代替苯酚或其衍生物，将该木质素用于生产“酚醛”树脂型合成树脂。

现有技术

酚醛树脂是通过甲醛(或蚁醛)和苯酚(或其衍生物，甲酚、间苯二酚、二甲苯酚等)缩聚获得的热固性树脂。

酚醛塑料或酚醛树脂(缩写为：PF)得自甲醛和苯酚，并且该酚醛聚合物的合成(其使用了甲醛作为共聚单体)与氨基塑料的合成相似。

第一步，经由开始缩聚(释放水)甲醛和苯酚(或其某种取代的衍生物，例如甲酚)形成最终聚合物的前体(也称为构成树脂的预聚物或低聚物)。

在生产的第二步中，通过在约150℃交联，获得大分子的最终结构。

由于高含量的残留苯酚和甲醛单体，因此在生产期间酚醛树脂的缺点尤其是它们的毒性，尽管生产商尽一切努力试图降低这方面。

“甲阶酚醛”尤其如此，其在碱性催化剂存在下，通过苯酚与醛的反应获得。“酚醛清漆”树脂也是如此，其在酸性催化剂存在下生产。

酚醛树脂完美地粘合在木材、纸和基于纤维素纤维的织物上。

酚醛树脂粘合剂或树脂是呈树脂在醇中的浓缩溶液的形式，并且还作为溶液和作为水乳液。

它们中的一些以可溶于水或醇的粉末的形式存在。这些粘合剂易于使用，并还显示出经常比木材本身强度还高的强的连接强度，并且还具有相对于老化、坏天气和发霉(mould)的良好的稳定性。

已知许多降低酚醛树脂或PF树脂中所使用的苯酚的量的尝试。

在这些尝试中，已经提出制备包含木质素的树脂用于生产部分包含木质素的LPF树脂。

木质素是一种得自3种单体的组合的天然多元酚：分别在对羟基苯基、愈创木基和紫丁香基单元中的对香豆素基、松柏基和芥子基。在愈创木基和对羟苯基单元的情况下，芳族环的邻位是部分自由的(free)。因此，可以通过甲醛亲电取代这些位点(site)。此外，木质素的高度固化的芳族结构与酚醛(formo-phenolic)网络有一些相似点。然后，在合成甲阶酚醛树脂中由木质素部分代替苯酚已经是广泛的关注源。

1965年，美国专利3189566提出在生产酚醛树脂中(在使用造纸木质素的“酚醛清漆”型反应中)使用木质素，木质素部分代替所使用的苯酚且与甲醛反应。

1981年，美国专利4306999提出使用造纸木质素代替苯酚。所述文献表明粘合剂或树脂制造商没有能力使用粉末，因此需要呈液态的木质素产品。此外，为了避免水过量，该酚醛反应需要使用低粘度的木质素溶液。

为了制备更“可溶”的木质素，所述文献提出通过使用包含水和苯酚的溶剂溶解从而生产确定粘度的浓缩木质素溶液，其由此违背了消除苯酚的目的。此外，美国专利4320036(1982)-用于生产酚醛清漆树脂-提出PF酚醛清漆树脂和碱性木质素和粘合剂的混合物的比例。

1988年，美国专利4769434确认木质素并入酚醛树脂的特性问题，尤其是通过确认造纸碱性木质素的低反应性。这是由在各个木质素片段上与甲醛反应的可用的位点数不足导致的。所述文献确认从甘蔗渣开始需要具有0.4个以上(值为0.6)的活性位点。