[发明专利]包含木质素、水、碱和尿素的液态木质素组合物

说明书

本发明涉及液态木质素组合物，其对于制造用于以下产品的树脂是特别有用的，所述产品比如隔绝体，层压材料和工程木制品比如定向刨花板(OSB)。液态木质素组合物甚至在低水含量下还具有低粘度。

发明领域

本发明涉及液态木质素组合物，其对于制造用于以下产品的树脂是特别有用的，所述产品比如隔绝体(绝缘体，insulation)，层压材料和木制品，比如胶合板，定向刨花板(OSB)，碎料板(particle board)和纤维板。液态木质素组合物甚至在低水分含量下也具有低粘度。

背景技术

木质素，一种芳族聚合物，是例如木材中的主要成分，是地球上仅次于纤维素的最丰富的碳源。近年来，随着从制浆工艺中提取高度纯化的、固态的和颗粒形式的木质素的技术的发展和商业化，木质素作为目前源自石化行业的主要芳香族化学前体的一种可能的可再生替代品，已引起显著关注。

木质素，其为多芳族网络，作为在酚醛胶粘剂的生产期间的苯酚的合适替代品而已经被广泛地研究。这些胶粘剂在制造结构木制品期间被使用，比如胶合板、定向刨花板和纤维板。在这样的胶粘剂的合成期间，部分地被木质素替代的苯酚与甲醛在碱性或酸性催化剂的存在下反应以形成高度交联的芳族树脂，其称作酚醛清漆(novolacs)(当使用酸性催化剂时)或可溶酚醛树脂(resoles)(当使用碱性催化剂时)。

酚醛树脂目前用于例如木板中，例如胶合板、OSB(定向刨花板)等。由于基于化石的苯酚的价格波动，木质素是苯酚在酚醛树脂中的合适的芳族替代品。

在被混入LPF制剂中时，木质素作为粉末使用。木质素还可在碱性溶液中以液态形式使用以避免木质素粉尘(粉化，dust)。如果粉末木质素的水分含量相对低(0-5％)，其可造成扬尘并且可能产生呼吸危害。如果固体物的水分含量相对高(8-50％)，其可为粘性的或成块的并且难以以可靠且定量的方式转移。避免该问题的一种方案是将木质素在液态木质素组合物(其为碱溶液)中以液态形式添加。

天然木质素是高分子量丙苯聚合物，其以以下水平存在于木材中，在针叶木中以约24-35％的水平存在以及在阔叶木中以17-25％的水平存在。木材中的天然木质素不溶于水且其在植物中的功能之一是将纤维素纤维(木细胞)结合在一起。在商业硫酸盐制浆工艺中，将木屑沉浸在处于升高的温度下的硫化钠和氢氧化钠的水溶液中以使得天然木质素降解至可溶于水的程度。这允许隔离出高价值的木纤维。

木质素、碳酸钠和硫酸钠的残留水溶液通常称作“黑液”。通常，黑液还含有多种碳水化物。常规的黑液的pH值为约13-14。可通过添加酸以降低pH值而以不连续的(谨慎的，discreet)级分来隔离存在于黑液中的木质素。随着pH水平降低，最高分子量的木质素化合物发生初始沉淀。可通过过滤将这些最高分子量的木质素化合物与残留的液体分离。pH值的进一步降低导致更多木质素化合物的沉淀，其分子量比第一级分要低。该第二组沉淀的化合物也可通过过滤而被隔离。可多次实施该过程以产生一系列的级分。

适合用于该方法的酸包括强酸，比如硫酸、硝酸和盐酸；或弱酸，比如乙酸或碳酸。后者通过将二氧化碳注入到黑液中来实现。

US2014/0296429涉及含有约60-95重量％的量的水的液态木质素组合物。

涉及使用液态木质素组合物的一个主要问题是如果木质素的量高于25重量％且木质素组合物中的水的量低于60重量％(取决于碱含量)，那么液态木质素组合物的粘度变得过高。对于用于某些应用的树脂，树脂的固含量是相当高的，例如用于层压材料应用的树脂的固含量最高达60％以及用于纤维板的树脂的固含量最高达65％。用于某些应用的树脂的粘度还更低，例如用于层压材料的树脂的粘度范围为40-100cP。为了使液态木质素组合物用于这些应用的树脂，需要将液态木质素组合物的水含量和粘度最小化。

因此，需要含有高的量的木质素，还具有足够低的粘度和降低的量的水的液态木质素组合物。

发明内容