无色固化的无色酚醛树脂制造技术

本发明专利技术涉及产生无色或者轻度着色水基酚醛树脂的组合物与方法。与以往技术不同，本发明专利技术组合物产生清澈、储存稳定、快速固化、高分子量的树脂。这些材料还能够生成具有优良吸水性的复合木板，当浸泡在水中该复合木板表现出优良的厚度膨胀实验结果。本发明专利技术组合物主要包括苯酚、甲醛、苯酚类羧酸（例如水杨酸）的水基共聚物。在碱性环境存在金属螯合剂的条件下形成羟甲基苯酚。然后，在碱性、中性或者酸性条件下将羟甲基苯酚缩合成聚合物。最后，使用苯甲酸或者苯酚羧酸，将生成的水基聚合物溶液酸化至所需的ｐＨ值。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及产生无色或者轻度着色水基酚醛树脂的组合物与方法。
技术介绍
木质纤维复合材料主要在建筑或者制造中应用。这些复合材料可用于建筑物结构或者木材做为常规应用材料的任何制造。复合材料对水份的吸收促进了木材腐败真菌和损害此复合材料外观与性能其它微生物的生长。与水份吸收有关的其它问题有凸起的接头、面板的弯折、以及表面不够平滑。此外，艺术级木质纤维复合材料较差的尺寸稳定性影响了其机械特性，并且降低了其负载的能力。尺寸稳定性较差的另一个结果是屋顶、地面衬垫材料表面不够平滑，以及建筑物侧面不够平滑。通常，热压含有蜡状物与热固性树脂的木质纤维材料，生产木质纤维复合板。这种方法被称为传统的粘合法。蜡状物是改善一次成型复合材料抗水性的胶粘剂。树脂是将构成复合材料的原料结合起来形成单一形状的粘合剂。在此类板的生产中，将酚醛粘合剂、例如酚醛树脂施加到纤维组分，例如碎片或者层板，从而生成底板，或者将纤维组分压实。然后，将压实的组分(文中也称为底板)放置在两个加热压板之间，压成复合材料板。通常，具有低游离苯酚含量的、清澈或者轻度着色的常规酚醛树脂具有低分子量。由于其碱性含量较低，因此，常规酚醛树脂的分子量较低。碱性含量的提高会产生着色更重的树脂。在生产复合板过程中，与高分子量的甲阶酚醛树脂相比，这些低分子量的甲阶酚醛树脂需要更长的受压时间。高分子量的甲阶酚醛树脂减少了受压时间，从而增加了板生产方法的效率。在生产木质纤维复合材料中使用的现有技术酚醛树脂可以采用固体或者液体形式。通常，可以使用粉末化酚醛树脂，例如酚醛清漆树脂、甲阶酚醛树脂、或者其组合。Berchem等人申请的美国专利No.4098770公开了，在压力板生产中使用的、添加非酚醛聚羟基化合物改性的、常规喷射干燥的酚醛树脂。通常，液体酚醛树脂，例如甲阶酚醛树脂、或者甲阶酚醛树脂与酚醛清漆树脂组合，还可以用于生产木质纤维复合材料。生产液体或者固体酚醛树脂的参数公开在下列文献中《酚醛树脂、化学、应用与性能》(A Knop和L.A Pilato，Springer-Verlag(1985年))与《先进的木材粘合技术》(A Pizzi，Marcel Dekker(1994年))。甲阶酚醛树脂是在强碱介质中苯酚化合物与醛(通常是甲醛)缩合的产物。在缩合反应完成后，使用一种酸，例如稀盐酸，中和反应混合物。然后，基本上蒸馏去除水与过量的苯酚。为了获得低苯酚含量的甲阶酚醛树脂，需要强碱性溶液。使用强酸中和会造成盐沉淀。Schroter等人申请的美国专利No.5345001公开了一种低游离苯酚含量的酚醛树脂，其中缩合产物是由芳香羟基羧酸中和的。Schroter等人没有公开，向缩合混合物加入金属螯合剂。此外，Schroter等人制备的树脂PH值是碱性，而且，Schroter等人没有公开，酸化处理树脂。在木质纤维复合板的制备中，所需要的酚醛树脂应该具有低游离的苯酚含量，清澈或者轻度着色，可溶于水，具有高分子量，在储存过程中溶液稳定，在酸性PH条件下可溶，并且具有低粘度。该酚醛树脂还能够快速固化，造成面板的低吸水性与较小的厚度膨胀。
技术实现思路
专利技术概述与以往技术不同，本专利技术具体实施方式产生清澈、储存稳定、快速固化、高分子量的树脂。这些组合物还能够生成具有优良吸水性的复合木板，当浸泡在水中该复合木板表现出优良的厚度膨胀实验结果。本专利技术涉及一种水基、高分子量的甲阶酚醛树脂，该甲阶酚醛树脂是通过下列步骤制备的首先，在金属螯合剂、强碱、苯酚类羧酸存在下将苯酚化合物与一种醛缩合，然后，使用一种酸，将上述溶液酸化至所需的PH值。本专利技术还涉及一种制备水基、高分子量甲阶酚醛树脂溶液的方法，其中包括(a)在大约60-75℃下加热苯酚化合物、醛、强碱、苯酚类羧酸、金属螯合剂，形成羟甲基苯酚溶液；(b)在PH值大约8-10的范围内缩合步骤(a)的羟甲基苯酚溶液，形成聚合物溶液；(c)使用一种酸，酸化步骤(b)的聚合物溶液。本专利技术还涉及一种制备水基、高分子量甲阶酚醛树脂溶液的方法，其中包括(a)在大约60-75℃下加热酚醛化合物、强碱、酚醛类羧酸、金属螯合剂，形成溶液；(b)向步骤(a)溶液加入过量的醛，形成混合物，然后，在大约90℃、11.8英寸水银柱真空度下将上述混合物缩合至U-Z的加德纳-霍特粘度；(c)将步骤(b)混合物冷却至大约70℃，加入额外的苯酚至所需的摩尔比，保持混合物在大约70℃，并使用碱金属氢氧化物调节混合物至PH值大约9.0，直至游离甲醛降低到所需的水平；(d)使用一种酸，酸化步骤(c)的溶液。本专利技术的另一具体实施方式涉及一种含有本专利技术水基、高分子量甲阶酚醛树脂溶液的粘合树脂，当在制备复合木板中使用时，该粘合树脂清澈固化。本专利技术还涉及一种水基、高分子量甲阶酚醛树脂溶液，其中含有一种酸、苯酚化合物与一种醛的缩合产物、金属螯合剂存在下形成的缩合产物、强碱与苯酚类羧酸。本专利技术另一种具体实施方式涉及一种含有本专利技术水基、高分子量甲阶酚醛树脂溶液的清澈、固化树脂。专利技术详述本专利技术的甲阶酚醛树脂溶液可溶于中性、或者酸性水溶液，以及碱性溶液。这个性质获得了至今不能得到的、甲阶酚醛树脂在水溶液中有特定固体含量的高分子量与酸溶解的特性组合，该特定固体含量可以获得易于处理并且易于喷洒在木质纤维材料表面的低粘度特性。本专利技术的甲阶酚醛树脂溶液可以是清澈的溶液，或者是轻度着色的溶液；当固化成树脂时，仍旧保持无色或者轻度着色。由于甲阶酚醛树脂呈现低PH值，含有本专利技术甲阶酚醛树脂的木质纤维板的吸水性很弱，并且厚度膨胀很小。酚醛树脂中存在的碱是造成木质复合材料大量吸水的主要原因。在低PH条件下制成的现有甲阶酚醛树脂不得不是低分子量的树脂，否则就会从溶液中沉淀出去。此两相系统可以经乳化处理，但是，乳化剂也趋向于加剧水吸收。低分子量的甲阶酚醛树脂造成了固化缓慢。因为高含量固化是木质复合材料低吸水性与降低厚度膨胀的先决条件，由此，缓慢的固化很大程度上抵消了低PH值的效果。因此，为了获得现有系统低PH值的优点，需要很长的受压时间。本专利技术的甲阶酚醛树脂溶液能够快速固化，因此是木质品行业常规甲阶酚醛树脂的改进。由于一氧化碳的释放，可以在固化条件下自催化地引起本专利技术甲阶酚醛树脂的固化，但是，需要加热激活此催化效果。当材料例如水杨酸(羧基苯酚)加入酚醛树脂时，由于羧基基团的吸电子特性，在储存条件(与树脂制备条件)下，它们很自然地趋向于降低甲阶酚醛树脂的活化性。由此获得改进的稳定性。在碱性树脂制备条件下，此官能基团转化为更弱钝化的羧化物，生成了树脂。因为在相对低PH值条件下，与单体苯酚相比羧化物更大程度上保持了盐形式(未质子化)，因此保持了可溶性。当将水杨酸(或者能够热降解的其它羧基苯酚)加热到高温时，只要复合木板固化，就会发生脱羧反应，导致苯酚与一氧化碳的生成。低PH值改进了此过程的效率。释放的一氧化碳接着加速了酚醛树脂的固化。随着系统的PH值降低，一氧化碳加速效果得到了放大。除非在此条件下也能够生成一氧化碳，否则其它公知的酚醛加速剂(例如酯类)无法发挥作用。苯酚类羧酸向苯酚的转化也激活了所包含的芳香环，并且打开了进一步交联的道路。对于制备防水的丙阶酚醛树脂，同时出现的溶解性损失也是有价值的。如果需要强化潜在的催化作用，那么，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水基、高分子量的甲阶酚醛树脂溶液，该甲阶酚醛树脂溶液是通过下列步骤制备的：首先，在金属螯合剂、强碱、苯酚类羧酸存在下将苯酚化合物与一种醛缩合，然后，使用一种酸，将上述溶液酸化至所需的ＰＨ值。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉D德特勒夫森，
申请(专利权)人：氦克逊特种化学品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]