一种木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将木质素磺酸盐溶解得到木质素溶液，再向所述木质素溶液中加入生物酶与介体联合解聚木质素，得到解聚木质素溶液；(2)调节所述解聚木质素溶液为弱碱性，加入硅烷偶联剂进行接枝反应得到木质素改性溶液；(3)向所述木质素改性溶液中加入甲醛和尿素反应，即得到所述木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂。本发明专利技术的木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂的制备方法反应条件温和，环保，不产生污染物，并对其灰分进行接枝改性，实现木质素及灰分粒子与脲醛树脂共聚，减少脲醛树脂合成过程甲醛的使用量，解决了甲醛释放量高、脲醛树脂胶黏剂环保性差等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂的制备方法
本专利技术属于胶黏剂领域，尤其涉及一种脲醛树脂胶黏剂的制备方法。
技术介绍
木质素是由苯丙烷单元通过碳-碳键和醚键连接而成的无定形聚合物，也是自然界中储量仅次于纤维素的生物质资源。全球每年仅由造纸产生的木质素即超过2500万吨。尽管木质素含有大量酚羟基、醇羟基、羰基、羧基等活性基团，但由于其分子量大，聚合度高，使得木质素分子中暴露的活性基团极少，导致木质素反应活性低，工业化应用困难。此外，使用化学改性等方法活化木质素成本高，污染大，产率低。寻求操作简单、成本低廉、安全可靠的木质素解聚方法是木质素改性研究的热点，也是制约其工业化应用的瓶颈问题。脲醛树脂因其原料来源广泛、价格低廉、合成工艺简单、操作方便等优点而成为人造板生产乃至整个木材工业中应用最广泛的胶黏剂。以脲醛树脂胶黏剂制造的人造板产品，如胶合板、刨花板、纤维板等，广泛应用于家具、地板、室内装饰等人居生活的各个领域。然而，脲醛树脂在使用过程中会释放甲醛，污染室内环境，威胁人体健康。如何提高脲醛树脂的环保性能，控制人造板甲醛释放，营造健康、安全的人居环境，一直是脲醛树脂改性研究的热点和急需解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种甲醛释放少、反应活性高的木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将木质素磺酸盐溶解得到木质素溶液，再向所述木质素溶液中加入生物酶与介体联合解聚木质素，得到解聚木质素溶液；(2)调节所述解聚木质素溶液为弱碱性，加入硅烷偶联剂进行接枝反应得到木质素改性溶液；(3)向所述木质素改性溶液中加入甲醛和尿素反应，即得到所述木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂。上述制备方法中，优选的，所述木质素溶液由木质素磺酸盐溶于水中，混合均匀后得到，且所述木质素磺酸盐的灰分含量为15-20％。灰分含量过高会影响到酶解过程，考虑灰分中的无机物影响酶活，灰分含量不高于20％为宜。上述制备方法中，优选的，所述木质素磺酸盐为水溶性木质素，所述水溶性木质素为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠和碱木质素中的一种或几种。上述制备方法中，优选的，所述生物酶为白腐菌漆酶、曲霉漆酶、纺织用漆酶和过氧化物酶中的一种或几种；所述介体为丁香酸甲酯、香兰素、吩噻嗪等天然或人工合成介体中的一种或几种。上述制备方法中，优选的，将木质素溶液调至酸性，根据生物酶的酶活比与木质素的固体含量加入生物酶，并根据木质素的固体含量加入介体，在一定温度下解聚处理木质素大分子。上述制备方法中，优选的，用于调节溶液碱性的物质为氢氧化钠，用于调节溶液酸性的物质为甲酸、乙酸和乙酸钠中的一种或几种。上述制备方法中，优选的，控制所述木质素水溶液的质量浓度为20-50％，解聚木质素时，控制温度为45-60℃，时间为1-6h。上述木质素水溶液的质量浓度、温度、反应时间可保证最佳的酶解效果；底物浓度过高或过低，温度不在酶活范围，以及反应时间控制不当，均会影响木质素大分子的降解效率、产物种类、产物分子量等。上述制备方法中，优选的，所述硅烷偶联剂为KH550、KH570和KH792中的一种或几种，所述硅烷偶联剂的添加量为所述木质素磺酸盐的灰分含量的5-20％。上述硅烷偶联剂用量过高增加成本，用量过低不能使灰分完全被接枝修饰，在后期胶黏剂合成过程，影响酸碱的调控以及树脂网络中的交联密度。上述制备方法中，优选的，所述接枝反应时控制反应温度为常温，反应时间为2-8h。上述制备方法中，优选的，向所述木质素改性溶液中加入甲醛和尿素反应包括以下步骤：S1：向所述木质素改性溶液中加入多聚甲醛，调节pH值至8.0-8.5，升温至75-80℃后反应，然后加入第一份尿素反应后得到第一反应液；S2：向所述第一反应液中加入第二份尿素，升温至85-90℃后调节pH值至5.2-5.8，当反应液黏度升高至60-100mPa·s时，得第二反应液；S3：调节所述第二反应液的pH值至8.0-8.5，加入第三份尿素，冷却，即得到所述木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂。上述制备方法中，优选的，所述步骤S1中，加入多聚甲醛后的反应时间为20-50min，加入第一份尿素后的反应时间为10-30min；所述步骤S3中，冷却时间为30-50min。上述制备方法中，优选的，所述第一份尿素、第二份尿素和第三份尿素的质量比为(1.3-2.1)∶(0.9-1.5)∶(1.1-2.0)；控制所述木质素改性溶液的用量使木质素占所述木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂质量分数的10-30％。本专利技术主要考虑用木质素替代脲醛树脂的合成原料尿素和甲醛，木质素的引入，减少甲醛和尿素的使用量。木质素占胶黏剂质量分数过低，降醛效果不明显，过高，不能充分与脲醛树脂分子形成化学交联网络，影响胶合强度。上述制备方法向木质素改性溶液中加入甲醛和尿素反应时，调节pH值的酸调节剂为盐酸、硫酸和甲酸中的一种或多种，调节pH值时的碱调节剂为氢氧化钠和氢氧化钾的一种或多种。本专利技术的木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂利用造纸工业副产物木质素磺酸盐等可溶性木质素与脲醛树脂共聚，减少石化资源甲醛、尿素的消耗量，减少人造板生产中脲醛树脂胶黏剂的消耗量，提高脲醛树脂及其人造板的环保性能。本专利技术中，木质素磺酸盐、漆酶、介体、多聚甲醛、尿素、酸碱等均可为工业化产品，以减小原料成本。本专利技术的原理为：木质素磺酸盐等可溶性木质素是造纸工业的副产品，木质素磺酸盐易溶于水，分散性好，能与脲醛树脂胶黏剂互溶。但将未经改性的木质素磺酸盐加入脲醛树脂中，由于木质素未与脲醛树脂分子间发生接枝、共聚等反应，其仅作为填料用于胶黏剂改性，会降低脲醛树脂胶黏剂的胶合强度、延长其固化时间、并导致人造板防水、防潮性能下降。对木质素大分子进行解聚，提高其反应活性，是促进木质素分子与脲醛树脂分子及其反应中间产物化学交联的关键。漆酶等氧化酶可以催化氧化多种酚类和非酚类底物，将木质素中的酚类结构单元氧化为羟基、羰基等活性基团，破坏木质素的α-O-4醚键和β-O-4醚键，以降低木质的分子量，实现木质素的解聚。本专利技术基于漆酶降解木质素的原理，在漆酶作用木质素的同时，引入介体，利用漆酶-介体体系降解木质素。介体的存在可以提高漆酶的氧化还原电势，实现对木质素结构中非酚类结构单元的破坏，解决单独使用漆酶仅能降解占木质素结构约10％的酚类结构单元等问题，显著提高木质素的解聚效率。经过漆酶-介体体系处理后的木质素水溶液中含有大量木质素小分子，且分子量分布均匀，这些小分子，可与脲醛树脂合成过程的甲醛，以及反应中间产物羟甲基(-CH2-OH)、氨基亚甲基键(-NH-CH2-NH-)等产生化学键合，从而实现木质素分子与脲醛树脂的共聚，显著提高胶黏剂的性能。木质素磺酸盐等水溶性木质素中还含有大量灰分，这些灰分影响脲醛树脂的合成与固化过程。而灰分在强碱性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将木质素磺酸盐溶解得到木质素溶液，再向所述木质素溶液中加入生物酶与介体联合解聚木质素，得到解聚木质素溶液；/n(2)调节所述解聚木质素溶液为碱性，加入硅烷偶联剂进行接枝反应得到木质素改性溶液；/n(3)向所述木质素改性溶液中加入甲醛和尿素反应，即得到所述木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将木质素磺酸盐溶解得到木质素溶液，再向所述木质素溶液中加入生物酶与介体联合解聚木质素，得到解聚木质素溶液；
(2)调节所述解聚木质素溶液为碱性，加入硅烷偶联剂进行接枝反应得到木质素改性溶液；
(3)向所述木质素改性溶液中加入甲醛和尿素反应，即得到所述木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述木质素溶液由木质素磺酸盐溶于水中，混合均匀后得到，且所述木质素磺酸盐的灰分含量为15-20％。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述木质素磺酸盐为水溶性木质素，所述水溶性木质素为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠和碱木质素中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生物酶为白腐菌漆酶、曲霉漆酶、纺织用漆酶和过氧化物酶中的一种或几种；所述介体为丁香酸甲酯、香兰素和吩噻嗪中的一种或几种。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，控制所述木质素水溶液的质量浓度为20-50％，解聚木质素时，控制温度为45-60℃，时间为1-6h。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH550、KH570和KH792中的一种或几种，所述硅烷偶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，杨守禄，吴义强，卿彦，罗莎，李贤军，李新功，李天华，田翠花，徐康，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43