[发明专利]生物质基胶黏剂的制备方法及胶黏剂

说明书

本发明公开了一种生物质基胶粘剂的制备方法，步骤如下：将生物质原料在酸性溶液中水解、过滤得到富含醛类物质的生物质水解产物；将富含木质素的生物质原料、木质素活化添加剂加入碱性溶液中进行活化，制得活化木质素；生物质水解产物、活化木质素在碱性溶液中反应，制得生物质基胶粘剂，所述木质素活化添加剂为碱金属或碱土金属的氯化物，本发明还公开了采用上述方法制备的胶粘剂。

技术领域

本发明涉及胶粘剂领域。

背景技术

木材胶粘剂作为人造板工业中仅次于木材的重要材料，决定着人造板的等级和质量，也是发展人造板工业必不可缺的关键材料。目前我国人造板工业胶粘剂以“三醛胶”（脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树酯）胶粘剂为主导，而随着石油资源的日益匮乏，合成树酯胶粘剂的原料价格节节攀升及可持续性受到挑战，再加上合成树脂胶粘剂过程中，会产生易挥发的游离甲醛和游离苯酚等对人体健康有危害的物质，因此，世界各国迫切需要低毒、低成本、环保型木材胶粘剂，对其研究也在持续进行。

近年来，生物质材料因具有绿色、可再生等特点被广泛用作制备化工产品的原料，其中，以木质素、淀粉、大豆蛋白等天然高分子物质为原料制备的胶粘剂在木材胶粘剂领域逐渐成为研究方向。

木质纤维素类材料作为自然界储量最丰富的生物质资源，具有价格低廉、产量巨大等优点，其中木质纤维素类生物质材料含有大量的木质素和纤维素。木质素的结构中存在较多的醛基和酚羟基，且具有与酚醛树酯类似网状的高分子结构，纤维素结构中含有（半）缩醛基，经过酸水解、脱水可转化生成醛类物质。

目前利用生物质材料制备酚醛树脂胶粘剂仅限于对主要生产原料——苯酚和甲醛中的一种进行替代，然而这样依然无法彻底摆脱对石油基原料的依赖。例如，专利文献号为CN108587538A的专利公开了一种利用木质素替代苯酚与甲醛反应制备酚醛树脂胶粘剂的方法，专利文献号为CN107337774A的专利公开了一种利用半纤维素生产糠醛替代甲醛与苯酚反应制备胶粘剂的方法。由于醛类原料和酚类原料的反应活性低，制备的胶粘剂往往达不到使用的要求，使用难以采用100%替代的单方生物质原料以及双方生物质原料。

以淀粉、大豆蛋白等生物质材料制备的生物质基胶粘剂则存在与人争粮的问题。我国农业资源丰富，然而农业废弃物作为一种生物质资源常被当场焚烧或者掩埋，不仅造成了资源浪费，而且污染环境。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术当中存在的问题，公开了一种生物质基胶粘剂的制备方法，具体的，本发明的制备方法能够同时取代甲醛和苯酚制备生物质基木材胶粘剂，具体的制备方法包括如下步骤：

1. 生物质材料的水解

将生物质材料在酸性溶液中进行水解，即得到富含醛类物质的生物质水解产物，以及一些原料下还包括含木质素的残渣，具体的所述的生物质材料为麦秆、玉米芯、玉米秸秆、棉花秸秆、树枝和锯末等农林废弃物或市售纤维素中的一种或几种组成。所述的酸性溶液为浓度为0.1～5 mol/L的硫酸、盐酸和草酸等中的一种或几种组成。优选的，酸性溶液为0.5～1.0 mol/L的硫酸。优选的，生物质材料与酸性溶液的质量比为1:10。在具体的实施例当中，所述的水解反应在装有搅拌器的反应釜中，具体的将生物质材料和酸性溶液加入到该反应釜中，在搅拌速率为400～1000 rpm、温度100～160℃条件下水解2～4 h，得到富含醛类物质的生物质水解产物，在更优选的方案当中，搅拌速率为500～800 rpm，温度为120～150℃，水解时间为2.5～3.5 h。

2、木质素的活化

将步骤1制备的含木质素的残渣或木质素原料、木质素活化添加剂加入碱性溶液中进行活化，制得活化木质素。在一个优选的实施例中，反应在80～140℃的条件下搅拌活化2～7 h，搅拌速率400～1000 rpm下完成。所述的含木质素的残渣可以是步骤1形成的含木质素残渣，也可以是通过其他方式制得的木质素残渣。所述的木质素原料由造纸工业的木质素残渣、硫酸盐木质素、碱木质素、酶解木质素、秸秆木质素、软木木质素、硬木木质素以及有机木质素中的一种或几种组成。