[发明专利]木质素酚醛树脂预聚体及其制备方法、木质素酚醛树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于酚醛树脂技术领域，具体涉及一种木质素酚醛树脂预聚体及其制备方法、一种木质素酚醛树脂及其制备方法。

背景技术

酚醛树脂也叫电木，又称电木粉，具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能，广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂、阻燃材料、砂轮片制造等行业。目前酚醛树脂的制备方法主要是由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚，经中和、水洗而制成，但是由于上述反应中苯酚和甲醛反应不完全，酚醛树脂中会残留未反应完全的苯酚和甲醛，游离酚和游离醛释放到空气中会影响大气环境和人体健康。

木质素又称木素，是植物体内普遍存在的一类芳香性高聚物，木质素分子中含有芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、甲氧基、羧基和共轭双键等多种活性官能团。木质素与纤维素、半纤维素黏结在一起构成植物的主要结构，具有强化木质纤维的作用，其数量仅次于纤维素，为植物界第二丰富的有机高聚物。木质素在木材中的含量一般为20％～40％，禾本科植物中木质素含量一般比木材低，为15％～25％。木质素来源丰富，为可再生资源，据估计，其全球每年的产量约为6×10⁵亿吨，是自然界能够提供可再生芳香基化合物的非石油资源，而且可降解、无毒等优点，因此被视为优良的绿色环保型化工原料。

技术人员研究发现，以木质素作为合成酚醛树脂的原料，得到木质素改性的酚醛树脂，可以有效降低对环境的污染。但由于木质素本身的活性较低加之分子量非常大，一般不能将其直接用来合成酚醛树脂。通常的方法是对其进行羟甲基化改性或酚化改性。但采用该种方法在制备木质素改性的酚醛树脂时，木质素分子的化学反应活性较低，并且得到的改性的酚醛树脂流动性以及耐热性差，将其应用于砂轮片等耐磨材料中时，强度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种木质素酚醛树脂预聚体及其制备方法、一种木质素酚醛树脂及其制备方法，采用本发明所提供的方法得到的木质素酚醛树脂流动性以及耐热性好，强度较高。

本发明提供了一种木质素酚醛树脂预聚体的制备方法，包括以下步骤：

A）将木质素类化合物、酚类化合物和酸性催化剂混合，加热至180~350℃进行反应，得到混合反应液；

B）将所述混合反应液与甲醛混合，缩聚反应后得到木质素酚醛树脂预聚体。

优选的，所述木质素类化合物与酚类化合物的质量比为1：（0.1~2）。

优选的，所述木质素类化合物为碱木质素、高沸醇木质素、酶解木质素、木质素磺酸盐或木质素衍生物。

优选的，所述酚类化合物为苯酚、甲酚、二甲酚、壬基苯酚、间苯二酚或腰果酚。

优选的，所述酸性催化剂为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、草酸、苯磺酸、对甲苯磺酸或甲磺酸。

优选的，所述甲醛与酚类化合物的摩尔比为（0.1~0.8）：1。

优选的，所述步骤A）中反应的时间为1~9h。

本发明还提供了一种由本发明提供的制备木质素酚醛树脂预聚体的制备方法制备的木质素酚醛树脂预聚体。

本发明还提供了一种木质素酚醛树脂的制备方法，包括以下步骤：

将本发明所提供的木质素酚醛树脂预聚体、甲醛和酸性催化剂混合，缩聚反应，得到木质素酚醛树脂。

本发明还提供了一种由本发明提供的制备木质素酚醛树脂的制备方法制备的木质素酚醛树脂。

与现有技术相比，本发明将木质素类化合物、酚类化合物和酸性催化剂混合，加热至180~350℃进行反应，得到混合反应液；将所述混合反应液与甲醛缩聚反应，得到木质素酚醛树脂预聚体。本发明以酚类化合物为溶剂，通过酸性催化剂提供的酸性环境，并在180~350℃高温条件下破坏木质素类化合物分子链上的双键和醚键，减小了木质素类化合物的分子量；同时，苯酚分子连接到木质素的羟甲基活性基团上，提高了木质素分子的化学反应活性，从而提高了木质素酚醛树脂预聚体的反应活性，使得到的木质素酚醛树脂流动性以及耐热性好，强度较高。

结果表明，本发明所制备的木质素酚醛树脂在150℃时测得树脂凝胶时间＞6min，聚合速度＞50s，在130℃时流动度＞30mm；按照YB/T41331-2005的标准规定，测定其树脂残炭率≥50.13%；以上述木质素酚醛树脂为原料制备的砂轮切割片进行强度测试试验，砂轮的破裂线速度≥70m/s，与六棱钢的切割比≥0.94。

具体实施方式

本发明提供了一种木质素酚醛树脂预聚体的制备方法，包括以下步骤：