[发明专利]一种木质素改性酚醛树脂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及酚醛树脂技术领域，具体涉及一种可用于喷涂之用的低粘度改性酚醛树脂及其制备方法。

背景技术

木质素是唯一一种能从再生资源中获得的天然芳香族有机原料，具有无毒廉价易被生物分解的特性受到各国日益重视。木质素改性的各类酚醛树脂因为其优良的强度性能在保温板中也得到了广泛的应用。

现有的木质素改性技术制得的树脂粘度都在100Mpa.s以上。中国专利CN101348698A公开了了一种碱性木质素酚醛复合胶的制备方法，通过该方法制得的酚醛树脂胶黏剂粘度在300-800Mpa.s。中国专利CN102199266A公开一种碱木质素改性酚醛发泡树脂的制备方法，通过该方法制得的酚醛树脂粘度为8400-9000Mpa.s。此种高粘度的木质素改性酚醛树脂主要应用于界面粘结剂领域，但因其水溶性较差，无法把粘度调低，因此很难在岩棉、矿渣面等需要喷涂树脂的产品中得到应用，使得木质素改性酚醛树脂的应用范围受到限制。另一方面，现有技术中通过苯酚磺化制备的酚醛树脂，用于喷涂时存在脆性大、强度低的缺点，原因之一是在较高温度磺化的同时也加入甲醛，由于温度太高，聚合能大，羟甲基化不完全的情况下就会进行下一步缩合，容易导致反应不完全而被终止；原因之二是因为酚类和醛类的反应速率比磺化反应速率要快，在相同温度下加入磺化剂和甲醛，会导致磺化反应不完全，进而影响酚醛树脂的性能。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是现有技术中木质素改性酚醛树脂水溶性差，无法把粘度调低，很难在岩棉、矿渣面等需要喷涂树脂的产品中得到应用。

本发明所要解决的第二个技术问题是现有技术中通过苯酚磺化制备的酚醛树脂，用于喷涂时存在脆性大、强度低的缺点。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种制备木质素改性酚醛树脂的方法，包括以下步骤：

（a）制备磺化木质素：将木质素和磺化剂混合均匀，在碱性条件下，升温到80-95℃，反应1-3h，然后降温到50-60℃，加入甲醛，反应1-3h，得到含有磺化木质素的第一混合物；

（b）制备酚醛树脂：将苯酚与甲醛混合均匀反应，控制温度62-85℃，在碱性条件下得到含有酚醛树脂的第二混合物；

（c）制备木质素改性酚醛树脂：将步骤（a）中得到的第一混合物与步骤（b）中得到的第二混合物混合均匀，在碱性环境中，控制反应温度60-100℃反应，至游离酚低于1%，冷却至室温即得。

所述磺化剂为硫酸、氯磺酸、硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或几种的混合物。

所述步骤（a）中木质素，甲醛和磺化剂的质量比为5-8.2：7-9.8：1-2.2。

所述步骤（b）中苯酚与甲醛的质量比为10-12：8-10。

所述步骤（c）中第一混合物和第二混合物以1:2-5的质量比混合。

所述步骤（b）或（c）中，还可加入催化剂，包括氢氧化钠，氧化钙，氢氧化钡中的一种或几种的混合物。

所述步骤（c）中，所述碱性催化剂占所述第二混合物质量份数的0.8%-2.3%。

所述步骤（c）中，所述第一混合物和所述第二混合物的质量比为1:5。

一种上述方法制备的改性酚醛树脂在喷涂中的应用，将改性酚醛树脂加水调节粘度至4-100Mpa.s，优选7-50Mpa.s，并调节pH值为7.4-9.9。

与现有技术相比，本发明所述的技术方案具有如下优点：

1、本发明选用磺化剂将木质素磺化，从而大大提高了木质素在树脂胶中的分散性，克服了在酚醛树脂黏度较小时易沉淀的问题，同时也提高了酚醛树脂的强度，使得其与现有的酚醛树脂混合后粘度小于100Mpa.s，可用于喷涂之用，使得磺化木质素应用在粘度较小的喷涂型酚醛树脂中具有非常明显的优势。

2、本发明所述改性酚醛树脂的制备方法，步骤（a）中在80-95℃之间磺化木质素，后降温在50-60℃下加入甲醛得到磺化木质素，然后在步骤（c）中升温到70-90℃缩聚得到最终的木质素改性酚醛树脂。原因之一是如果在80-95℃之间同时也加入甲醛，由于温度太高，聚合能大，羟甲基化不完全的情况下就会进行下一步缩合，容易导致反应不完全而被终止；原因之二是因为木质素和醛类的反应速率比磺化反应速率要快，因此我们先进行磺化反应，磺化充分后在进行酚醛树脂的合成，这样得到的酚醛树脂水溶性好，柔韧性好，同时又具有较高的强度，改善了目前喷涂用树脂脆性大、强度低的缺点。