[发明专利]木质素基酚醛树脂及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种木质素基酚醛树脂的制备方法，包括以下步骤：(1)将木质素与苯酚在40‑95℃下反应，反应完全后得到酚化木质素；(2)向所述酚化木质素中滴加入甲醛，在40‑95℃下反应1‑3h；(3)向步骤(2)的产物中加入甲醛和催化剂，在40‑95℃下反应1‑2.5h，得到所述木质素基酚醛树脂，其中，催化剂为碱和纳米粒子，所述纳米粒子为金属氧化物纳米粒子，纳米粒子占催化剂总质量的10％‑20％，纳米粒子的粒径为10‑50nm。本发明的方法环保，成本低，所制备的木质素基酚醛树脂可实现低温快速固化。

技术领域

本发明涉及酚醛树脂制备技术领域，尤其涉及一种木质素基酚醛树脂及其制备和应用。

背景技术

木质素是主要的芳香族可再生资源，在植物体内起着支撑植物结构的作用，同样也是一种制备聚合物和化学品优良的替代原料。人们从生物炼制工业、制纸等工业中获得大量的木质素，然而木质素的结构仍然不明确，同一来源木质素化学结构不统一，不同来源木质素结构不一致，这些因素导致目前木质素的主要用于填料或添加剂，较少的用于大规模化学生产。

木质素酚化改性制备酚醛树脂胶黏剂逐渐吸引着人们关注。酚醛树脂作为一种性能优异的胶黏剂，由于其含有大量的苯环结构，刚性较好，具有独特的耐水性、耐候性、耐化学品腐蚀性，广泛应用于工业生产和人们的日常生活中。然而，在酚醛树脂生产过程中需要添加大量的苯酚、甲醛这些易致癌物，因此酚醛树脂在日常生活中的应用受到了很大限制。目前来说，如何既确保酚醛树脂胶黏剂优良的物理化学性能，又降低其游离苯酚含量、游离甲醛含量、生产成本，在固化时间降低的前提下能做到低温固化是现在酚醛树脂研究的热点问题。这些年以来，很多人对酚醛树脂胶黏剂开展研究，找到它与其他树脂胶黏剂相比具有的缺点并加以改性。现如今，不但传统的复合材料制造等方面广泛地使用酚醛树脂，改性后的酚醛树脂还吸引了许多其他领域的学者。因此，从植物中或从造纸工业废水中有效地提炼出木质素，不但能减少化工原料如甲醛和苯酚的使用量，从而减少甲醛、苯酚的排放以减小对环境的污染，还能为企业工厂减少废物处理的以及减少原材料的成本。中国专利CN106947419A公开了一种原位碱木质素自催化合成的酚醛树脂胶黏剂及其制备方法，中国专利CN 106854264A公开了一种稻壳基木质素改性酚醛树脂胶黏剂制备方法，虽然两个专利都利用木质素改性酚醛树脂，但是所制备的酚醛树脂的固化温度有待进一步降低，固化时间有待进一步缩短。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种木质素基酚醛树脂及其制备和应用，该方法环保，成本低，所制备的木质素基酚醛树脂可实现低温快速固化。

本发明的第一个目的是提供一种木质素基酚醛树脂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将木质素与苯酚在40-95℃下反应，反应完全后得到酚化木质素；

(2)向所述酚化木质素中滴加入甲醛，在40-95℃下反应1-3h；

(3)向步骤(2)的产物中加入甲醛和催化剂，在40-95℃下反应1-2.5h，得到所述木质素基酚醛树脂，其中，催化剂为碱和纳米粒子，所述纳米粒子为金属氧化物纳米粒子和/或过渡金属氧化物纳米粒子，纳米粒子占催化剂总质量的10％-20％，纳米粒子的粒径为10-50nm。

进一步地，在步骤(1)中，反应时间为2-4h。

进一步地，在步骤(1)中，所述木质素与苯酚的质量比为2:3-5(优选为2:3)。

进一步地，步骤(2)和步骤(3)所加入甲醛的质量比为4-6:1(优选为4:1)。

进一步地，步骤(2)和步骤(3)所加入甲醛的总量与步骤(2)中的酚化木质素的酚醛比为1:1.25-1.4。

进一步地，在步骤(3)中，纳米粒子为氧化亚铁、二氧化钛、氧化钼、氧化铌、氧化钨、氧化锡、氧化铟和氧化铋中的一种或几种。