[发明专利]应用木质素制备线性酚醛树脂和热固性酚醛树脂

说明书

公开了由木质素制备线性酚醛树脂和热固性酚醛树脂的方法。形成酚‑醛‑木质素分散体，然后取决于所应用的催化剂，所述分散体可以用于制备线性酚醛树脂或热固性酚醛树脂。

相关申请数据

本申请要求2018年1月26日提交的美国专利申请No.15/881425的权利，该申请的全部内容在这里作为参考引入。

技术领域

本发明涉及制备线性酚醛树脂和热固性酚醛树脂的方法。具体地，本发明涉及应用木质素制备线性酚醛树脂和热固性酚醛树脂的方法。

背景技术

在酚醛树脂的合成中，由于木质素可提供酚的可持续替代来源，并缓解全球石油市场的波动，因此使用木质素作苯酚的替代品是理想的。虽然大量文献表明木质素有可能替代进入酚醛树脂，但由于木质素的内在大分子结构，很难应用木质素简单替代苯酚。在酚醛树脂中用木质素替代苯酚可能产生非均相树脂、粘度过高的树脂和固化曲线难以预测的树脂。

木质素有可能掺混入酚醛树脂中。但它不能以高浓度掺混。如果将太多木质素掺混入酚醛树脂中，产品可能表现得像高分子量聚合物一样与传统酚醛树脂交联剂反应性较差。高的木质素含量会对最终产品的加工、固化动力学、交联和其它性能产生不利影响。一种可能受到负面影响的特性是粘度，这可能会导致树脂不再适用作矿棉粘合剂、木材粘合剂、磨料粘合剂或其它高性能用途。另外，取决于来源(硬木、软木、树种、制浆工艺类型等)，不同类型的木质素在碳水化合物含量、灰分含量和内在结构多样性方面差异很大。不同类型的木质素可能还需要稍有不同的处理才能被利用，甚至在相同制浆厂生产时也会有所不同。

另外，以前将木质素加入线性酚醛树脂或热固性酚醛树脂的尝试包括长时间的酸性或碱性解聚或羟甲基化反应，且只允许合成一类酚醛树脂(例如在酸性解聚或羟甲基化过程中合成线性酚醛树脂)。因此，在不影响最终产品性能的情况下，需要应用木质素合成热固性酚醛树脂和线性酚醛树脂的方法。

除了可合成热固性酚醛树脂和线性酚醛树脂外，还需要在生产设计用于特定用途的不同类型树脂时能够提供灵活性的方法。例如，将木质素结合入矿棉粘合剂的要求与设计用于摩擦用途的树脂的要求有很大不同。由于木质素的内在大分子结构，对于设计用于摩擦工业的酚醛树脂来说，应用木质素简单替代苯酚进入这类酚醛树脂是不可能的。因此，需要实施额外的处理来生产有用的含木质素的树脂。允许将木质素结合入所有类型酚醛树脂中的方法，对于高性能用途中非石油基原料的增长是有价值的和关键的。

发明内容

在本发明一个较宽的实施方案中，公开了一种方法，其包括如下步骤、由这些步骤组成或基本由这些步骤组成：a)将第一酚、木质素和第一催化剂的混合物加热至温度100-200℃以形成分散体，其中所述第一催化剂包含酸性化合物或碱性化合物；b)将所述分散体冷却至温度60-99℃；c)向所述分散体中加入醛；d)缩合所述分散体以形成含1-10wt％游离醛的酚-醛-木质素分散体；e)冷却所述酚-醛-木质素分散体；f)加入第二酚；g)在包含酸性化合物的第二催化剂存在下在回流条件下缩合所述酚-醛-木质素分散体，以形成含0.01-1wt％游离醛的线性酚醛树脂，和h)真空蒸馏所述线性酚醛树脂，以产生含0.01-10wt％游离酚的真空蒸馏的线性酚醛树脂。

在本发明另一个较宽的实施方案中，公开了一种方法，其包括如下步骤、由这些步骤组成或基本由这些步骤组成：a)将酚、木质素和第一催化剂的混合物加热至温度70-200℃以形成分散体，其中所述第一催化剂包含酸性化合物或碱性化合物；b)冷却所述分散体至60-99℃的温度；c)向所述分散体中加入第一醛；d)在回流条件下缩合所述分散体以形成含0.01-10wt％游离醛的酚-醛-木质素分散体；e)冷却所述酚-醛-木质素分散体；f)向所述酚-醛-木质素分散体中添加包含碱性化合物的第二催化剂和第二醛；和g)缩合所述酚-醛-木质素分散体，以形成含0.01-10wt％游离醛的热固性酚醛树脂。

具体实施方式