专利名称：竹结构材用改性酚醛树脂及其制备方法
技术领域：
本发明属于木基复合材料胶粘剂技术领域，尤其涉及一种竹结构材用改性酚醛树 脂及其制备方法。
背景技术：
目前，竹材人造板的结构和加工工艺与木材人造板相比差别很大，竹材人造板厂 所用的胶粘剂，几乎都沿用木材人造板的配方和生产工艺，少有学者和厂家深入研究。在室 内使用的竹材人造板及对耐候性要求不高的情况下，这些胶粘剂尚可满足质量要求，但竹 质结构材在长时间尺度下的质量一直难以保证，主要问题是胶合强度低、浸渍剥离率高、 耐候性差、产品使用周期短。胶粘剂的胶合性能是胶合配料各项性能中最为重要的特性，它 从根本上决定了材料的力学性能，若胶合性能不好，其它的性能则无从谈起。在竹结构材的 加工与生产过程中，高品质胶粘剂是保证和提高其产品性能与工艺选择的基础，具有极其 重要的现实意义，直接关系到竹质结构材产业的可持续发展。酚醛树脂具有耐热性、电绝缘性、较高的力学强度和难燃等优良特性而大量用 于模塑料、油漆原料、胶粘剂和抗磨材料中，科研人员还在不断探索对酚醛树脂的进一步 改性的新方法，以提高其胶合强度、树脂的耐热性、耐磨性。浙江林学院申请公开了一种 由竹木酚液化物合成的酚醛树脂胶粘剂(中国专利申请号=200610008469. 5 ；公开号 CN1821335A，名称为“间苯二酚-竹木酚液化物-甲醛树脂胶生产方法”)，该技术将竹木 粉碎成竹木粉，采用苯酚及酸性催化剂进行液化处理，再将得到的竹木液化物与甲醛、间苯 二酚在碱性条件下反应，得到酚醛树脂。另外在北京林业大学申请公开的中国专利申请名 为“一种由豆渣液化物合成的酚醛树脂胶粘剂、其制备方法及其应用”(中国专利申请号 200810116173. 4公开号CN101302411A)专利申请中，还公开了一种豆渣液化物合成的酚 醛树脂胶粘剂，采用硫酸为豆渣液化的催化剂。在这两个专利申请的方法中，竹木粉和豆 渣的液化需用浓酸作为催化剂，对设备的腐蚀严重，且前期液化用酸催化，后期制胶用碱催 化，酸、碱中和也会造成制胶成本的提高，别外在专利“间苯二酚-竹木酚液化物-甲醛树脂 胶生产方法”中所用间苯二酚比例较大(10-17% )，无疑会大大提高制胶成本，而限制这种 树脂的使用。因此，结合竹材的结构特点，研制出既适合竹材特性，又经济适用的竹制结构材胶 粘剂，对竹材在结构材方面的应用起到积极的促进作用，对拓宽竹材利用范围，提高竹材加 工的附加值有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种竹结构材用改性酚醛树脂，其可弥补现有技术的不足， 为竹结构材用产品提供一种更适合其粘接的优等性能的胶粘剂。本发明的另一目的是提供一种竹结构材用改性酚醛树脂的制备方法，利用该方法 制得的竹结构材用改性酚醛树脂更适合用于竹结构材的粘接。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案一种竹结构材用改性酚醛树脂，该竹结构材用改性酚醛树脂的组份及重量百分比 为酚醛贮存液35 85% ；甲醛水溶液0 40% ；碱性水溶液7 20% ；间苯二酚0. 5
5%。
所述的酚醛贮存液是由苯酚与甲醛按2 85% 98 15%的重量百分比制成的 混合液。所述的酚醛贮存液是将按比例量取之的苯酚熔化后与匹配比例的甲醛混合得到 的混合液；或是将按比例量取之的苯酚与甲醛直接混合制成的混合液，再加入混合液总重 量的0. 1 6%的碱性水溶液最终制得的液体。 所述碱性水溶液中的碱是NaOH、KOH和Ba (OH) 2中的至少一种。一种竹结构材用改性酚醛树脂的制备方法，其方法步骤如下1)首先按上述的组份及重量百分比备料；2)在反应釜中加入酚醛贮存液，在添加比例范围内第一次加入甲醛水溶液，在添 加比例范围内部分量加入碱性水溶液，升温至30-70°C，反应30-90min钟；3)在不超添加比例范围的前提下第二次加入甲醛水溶液，均勻升温至70_98°C， 保温反应20-90分钟；4)再在不超添加比例范围的前提下加入碱性水溶液，反应约5-15min ；5)再加入改性剂间苯二酚，边加入边搅拌，反应IOmin后测试胶液粘度，至测试胶 液粘度为15-700mPa. s ；6)降温至40°C以下，放料。上述方法中，分两次加入的碱液每次加入的量为总碱量的60%到40%。如果添加 的甲醛水溶液总量与酚醛贮存液中的苯酚摩尔比小于1. 2时，取消甲醛水溶液的第二次加 入，将甲醛水溶液一次性加入，进行共聚反应。本发明方法制备的竹结构材用改性酚醛树脂是用于热固性的树脂，在合成热固性 酚醛树脂时，通过加入改性剂间苯二酚对酚醛树脂进行改性，显著提高了树脂对竹材的胶 合性能，胶合的竹材强度达到结构材的强度要求；其催化剂是碱性溶液，合成的过程不用脱 水，且胶粘剂的游离甲醛含量低，具有节能环保的特点。本发明的优点是利用少量间苯二酚改性，制得的竹结构材用改性酚醛树脂产品 更适于竹结构材使用，只用碱催化、制备工艺简单、成本低，故而带来的经济效益显著；制备 过程简单、不用脱水，污染小、节能环保，该酚醛树脂对竹材的胶合性能高。
具体实施例方式本发明竹结构材用改性酚醛树脂的特征之处在于由以下质量配比的原料组成酚 醛贮存液35 85 % ；甲醛水溶液0 40 % ；碱性水溶液7 20 % ；间苯二酚(改性剂)0. 5 5%。其中，所述的酚醛贮存液是由苯酚与甲醛按2 85% 98 15%的重量百分比 制成的混合液；其可以依据本申请人提出的专利申请(申请号为200910236208. 2)的制备 方法制得，此处不再详述。所述的甲醛水溶液添加量为结构材用改性酚醛树脂总量的0 40% ；且在制备竹结构材用改性酚醛树脂的过程中，可以根据具体情况分一次或两次添加当甲醛水溶液与酚醛贮存液中的苯酚摩尔比小于1. 2时，甲醛水溶液一次性加入，进行共聚反应；当摩尔比 大于1. 2时，甲醛水溶液分两次性加入。可以通过预先的计算来设定具体的加工工艺。所述的碱性水溶液中的碱是NaOH、KOH和Ba (OH) 2中的至少一种。所述的改性剂应采用间苯二酚。本发明竹结构材用改性酚醛树脂是先将酚醛混合液加入后再分阶段加入甲醛水 溶液及碱性水溶液而制成的酚醛树脂聚合物，最后再加入间苯二酚制备成最终产品，在制 备过程中加入对过渡阶段的产品PH值测试及控制及对过渡阶段的产品和最终产品的粘度 控制。由以上组成可看出，所用酚醛贮存液使投料更方便且节能，间苯二酚含量少，工艺 简单，制造设备可采用制备酚醛树脂的设备。创新之处在于利用少量的间苯二酚作为改性 齐U，使改性的热固性酚醛树脂具有优越的胶合性能，满足了竹结构材对胶粘剂的较高性能 要求。该竹结构材用改性酚醛树脂的外观与常规酚醛树脂一样，外观为褐红色液体，黏 度为30 400mPa. s，胶的游离醛含量彡0. 3%，水溶性好，水溶倍数为4-120倍，非常适合 浸渍，也便于滚胶。该竹结构材用改性酚醛树脂用于竹结构材粘接。使用时，将改性的酚醛树脂用于 胶合竹片时，先用填料等调胶，然后将该改性酚醛树脂均勻涂覆在被黏接竹片表面，施胶量 为120-180g/m2，热压成型，板经100°C水煮4h，63°C烘干20h，再经100°C水煮4h，测其压缩 剪切强度> 7MPa，而未改性的普通酚醛树脂黏接竹片，测其压缩剪切强度< IMPa。本发明的竹结构材用改性酚醛树脂具体制备方法如下1)备料按下述比例选料做生产前的准备酚醛贮存液35-85% ；甲醛水溶液0_40% ；碱性 水溶液7-20% ；改性剂间苯二酚0. 5-5%。酚醛贮存液可选用本申请人提出的专利申请(申请号为200910236208. 2)的制备 方法制得的储存液。甲醛水溶液、碱与改性剂间苯二酚可以从市场直接购得。计算备料酚醛贮存液中的苯酚量，再计算甲醛水溶液与酚醛贮存液中的苯酚摩尔 比值，而预定出具体的加工工艺。2)酚醛树脂聚合物的制备a)在反应釜中加入所有备量的酚醛贮存液，当甲醛水溶液与酚醛贮存液中的苯 酚摩尔比值大于1.2时，第一次加入甲醛水溶液的60%到40% (还是给范围好点！)，加 入部分量碱性水溶液，用碱调PH值至9-11，升温至30-70°C，反应30-90分钟，再在不超添 加比例范围的前提下第二次加入甲醛水溶液40 %到60 %，反应30-45分钟，均勻升温至 70-980C，保温反应20-90分钟，加入全量的改性剂间苯二酚，再加入剩余量的碱性水溶液， 将反应液PH值调为10-14，反应15-60分钟，至测试胶液粘度为15-700mPa. s合格为止。所述的碱液应分两次加入，每次加入的量由合成胶的pH值来定，第一次加碱液将 PH值调为9-12，第二次加碱液将合成胶pH值调为10-14。如果是多次加入碱液，其最终加 入碱液后应满足合成胶PH值为10-14。
本制备方法的突出优点是反应过程简单，改性剂用量少。本制备方法还具有以下特点1、成本低，本发明中所用间苯二酚的量较少，而改性后胶粘剂粘接的性能显著提高，所以产品的性价比极佳。2、环保，本方法制备酚醛树脂过程不用脱水，因而也降低了环境污染，达到节能降 耗的目的。3、整个反应过程，逐步升温，反应过程中碱性逐渐增大，保证了反应的均一性；多次加料的过程也减少了挥发的原料对性能的影响。本发明方法实施采用的设备均为常规制胶设备。下面结合具体实施例对本发明做进一步说明实施例1苯酚与甲醛的摩尔比为1 1.1。间苯二酚的百分含量为0.5%。在反应釜中加入酚醛贮存液490g[苯酚甲醛=5 1(质量比)]，加入甲醛水溶 液(百分含量37% ) 306g，加入NaOH(40% )水溶液125g，升温至60°C，反应120分钟，均勻 升温至90°C，保温反应60分钟，加入间苯二酚5g，再加入NaOH(40% )水溶液75g，反应30 分钟，到达终点时降温至40°C以下放料。实施例2苯酚与甲醛的摩尔比为1 1.2。间苯二酚的百分含量为1%。在反应釜中加入酚醛贮存液578g[苯酚甲醛=3 1 (质量比)]，加入甲醛水溶 液(百分含量37% ) 312. 5g，加入NaOH(40% )水溶液55g，升温至60°C，反应90分钟，均勻 升温至90°C，保温反应60分钟，加入间苯二酚9g，再加入NaOH(40% )水溶液llg，反应30 分钟，到达终点时降温至40°C以下放料。实施例3苯酚与甲醛的摩尔比为1 1.2，间苯二酚在原料中的重量百分比为2%在反应釜中加入酚醛贮存液532g[苯酚甲醛=4 1 (质量比)]，加入甲醛水溶 液(百分含量37% ) 350g,加入NaOH(35% )水溶液57. 2g，升温至60°C，反应90分钟，均勻 升温至90°C，保温反应60分钟，加入间苯二酚17g，再加入NaOH(35% )水溶液18. 3g，反应 25分钟，到达终点时降温至40°C以下放料。实施例4苯酚与甲醛的摩尔比为1 1.4，间苯二酚在原料中的重量百分比为2%在反应釜中加入酚醛贮存液491g[苯酚甲醛=5 1(质量比)]，加入甲醛水溶 液(百分含量37% ) 247g，加入NaOH(35% )水溶液59g，升温至60°C，反应50分钟，再加入 甲醛水溶液(百分含量37% ) 165g，反应30分钟，均勻升温至90°C，保温反应50分钟，加入 间苯二酚20g，再加入NaOH(35% )水溶液19g，反应25分钟，到达终点时降温至40°C以下 放料。实施例5苯酚与甲醛的摩尔比为1 1.6，间苯二酚的百分含量为在反应釜中加入酚醛贮存液494g[苯酚甲醛=3 1(质量比)]，加入甲醛水溶 液(百分含量37% )300g，加入K0H(30% )水溶液65g，升温至60°C，反应60分钟，再加入甲醛水溶液(百分含量37% ) IOOg,反应30分钟，均勻升温至90°C，保温反应45分钟，加入 间苯二酚9g，再加入KOH(30% )水溶液13. 3g，反应30分钟，到达终点时降温至40°C以下 放料。实施例6 苯酚与甲醛的摩尔比为1 1.6，间苯二酚的百分含量为2%在反应釜中加入酚醛贮存液480g[苯酚甲醛=3 1(质量比)]，加入甲醛水溶 液(百分含量37% ) 300g，加入NaOH(40% )水溶液55g，升温至60°C，反应60分钟，再加入 甲醛水溶液(百分含量37% ) IOOg反应30分钟，均勻升温至90°C，保温反应45分钟，加入 间苯二酚17g，再加入NaOH(40% )水溶液llg，反应25分钟，到达终点时降温至40°C以下 放料。实施例7苯酚与甲醛的摩尔比为1 2.0，间苯二酚的百分含量为在反应釜中加入酚醛贮存液429g[苯酚甲醛=3 1 (质量比)]，加入甲醛水溶 液(百分含量37% ) 300g，加入NaOH(40% )水溶液55g，升温至60°C，反应60分钟，再加入 甲醛水溶液(百分含量37% ) 160g反应30分钟，均勻升温至90°C，保温反应45分钟，均勻 升温至90°C，保温反应30分钟，加入间苯二酚9g，再加入NaOH(40% )水溶液llg，反应25 分钟，到达终点时降温至40°C以下放料。实施例8苯酚与甲醛的摩尔比为1 2.0，间苯二酚的百分含量为1.5%在反应釜中加入酚醛贮存液506g[苯酚甲醛=2 1(质量比)]，加入甲醛水溶 液(百分含量37%)2478，加入妝0!1(40%)水溶液52g，升温至60°C，反应60分钟，再加 入甲醛水溶液(百分含量37% ) 164g反应30分钟，均勻升温至90°C，保温反应45分钟，均 勻升温至90°C，保温反应30分钟，加入间苯二酚15g，再加入NaOH(40% )水溶液14g，反应 25分钟，到达终点时降温至40°C以下放料。实施例9苯酚与甲醛的摩尔比为1 2.0，间苯二酚的百分含量为2%在反应釜中加入酚醛贮存液420g[苯酚甲醛=3 1(质量比)]，加入甲醛水溶 液(百分含量37% ) 350g，加入NaOH(40% )水溶液55g，升温至60°C，反应60分钟，再加入 甲醛水溶液(百分含量37% ) 113g反应30分钟，均勻升温至90°C，保温反应45分钟，加入 间苯二酚17g，再加入NaOH(40% )水溶液llg，反应25分钟，到达终点时降温至40°C以下 放料。实施例10苯酚与甲醛的摩尔比为1 1.2，间苯二酚的百分含量为2. 5%在反应釜中加入酚醛贮存液537g[苯酚甲醛=4 1 (质量比)]，加入甲醛水 溶液(百分含量37% )338g，加入Na0H(40% )水溶液70g，升温至60°C，反应85分钟，均 勻升温至90°C，保温反应60分钟，加入间苯二酚25g，再加入NaOH(40% )水溶液30g，反应 30分钟，到达终点时降温至40°C以下放料。实施例11苯酚与甲醛的摩尔比为1 1.2，间苯二酚的百分含量为3%
在反应釜中加入酚醛贮存液556g[苯酚甲醛=3 1 (质量比)]，加入甲醛水 溶液(百分含量37% )316g，WANa0H(40% )水溶液55g，升温至60°C，反应90分钟，均 勻升温至90°C，保温反应60分钟，加入间苯二酚27g，再加入NaOH(40% )水溶液llg，反应 30分钟，到达终点时降温至40°C以下放料。实施例12 苯酚与甲醛的摩尔比为1 1.5，间苯二酚的百分含量为4%在反应釜中加入酚醛贮存液780g[苯酚甲醛=1 1(质量比)]，加入 NaOH(40% )水溶液56g，升温至60°C，反应60分钟，再加入甲醛水溶液(百分含量 37% ) 114g，反应30分钟，均勻升温至90°C，保温反应45分钟，加入间苯二酚40g，再加入 NaOH(40% )水溶液10g，反应30分钟，到达终点时降温至40°C以下放料。实施例13苯酚与甲醛的摩尔比为1 1.6，间苯二酚的百分含量为3%在反应釜中加入酚醛贮存液472g[苯酚甲醛=3 1 (质量比)]，加入甲醛水溶 液(百分含量37% ) 280g，加入NaOH(40% )水溶液56g，升温至60°C，反应60分钟，再加入 甲醛水溶液(百分含量37% ) 122g，反应30分钟，均勻升温至90°C，保温反应45分钟，加入 间苯二酚27g，再加入NaOH(40% )水溶液10g，反应30分钟，到达终点时降温至40°C以下 放料。实施例14苯酚与甲醛的摩尔比为1 2.0，间苯二酚的百分含量为5%在反应釜中加入酚醛贮存液420g[苯酚甲醛=3 1(质量比)]，加入甲醛水溶 液(百分含量37% ) 350g，加入NaOH(40% )水溶液56g，升温至60°C，反应90分钟，再加入 甲醛水溶液(百分含量37% ) 113g反应30分钟，均勻升温至90°C，保温反应30分钟，加入 间苯二酚45g，再加入NaOH(40% )水溶液10g，反应25分钟，到达终点时降温至40°C以下 放料。上述各实施例中的甲醛量是指总量中的含量。上述各实施例制备的间苯二酚改性酚醛树脂性能依据以下标准测试。1.GB/T 14732-2006.木材工业胶粘剂用脲醛、酚醛、三聚氰胺甲醛树脂[S].北 京中国标准出版社，20062.GB/T 14074-2006.木材胶粘剂及其树脂检验方法[S].北京中国标准出版社， 20063.GB/T 17657-1999.人造板及饰面人造板理化性能试验方法[S].北京中国标 准出版社，20064. LY/T1601-2002.水基聚合物-异氰酸酯木材胶粘剂[S].北京中国标准出版 社，2002胶接强度的测试按[4]的规定进行。测试其28h压剪强度。28h压剪强度将试件置于沸水中煮4h，然后在(60士3) °C的空气对流干燥箱中干 燥20h，再在沸水中煮4h，取出后于室温水中冷却IOmin后立即进行测试。测试结果列于表1中 从测试结果表明本发明方法制备的间苯二酚改性酚醛树脂性能完全达标。强度 性能远远高于没有改性的酚醛树脂。
权利要求
一种竹结构材用改性酚醛树脂，其特征在于该竹结构材用改性酚醛树脂的组份及重量百分比为酚醛贮存液35～85％；甲醛水溶液0～40％；碱性水溶液7～20％；间苯二酚0.5～5％。
2.根据权利要求1所述的竹结构材用改性酚醛树脂，其特征在于所述的酚醛贮存液 是由苯酚与甲醛按2 85% 98 15%的重量百分比制成的混合液。
3.根据权利要求2所述的竹结构材用改性酚醛树脂，其特征在于所述的酚醛贮存液 是将按比例量取出的苯酚熔化后与匹配比例的甲醛混合得到的混合液。
4.根据权利要求2所述的竹结构材用改性酚醛树脂，其特征在于所述的酚醛贮存液 是将按比例量称取的苯酚与甲醛直接混合制成的混合液，再加入混合液总重量的0. 1 6%的碱性水溶液最终制得的液体。
5.根据权利要求1所述的竹结构材用改性酚醛树脂，其特征在于所述碱性水溶液中 的碱是NaOH、K0H和Ba (OH) 2中的至少一种。
6.一种竹结构材用改性酚醛树脂的制备方法，其特征在于方法步骤如下1)首先按权利要求1所述的组份及重量百分比备料；2)在反应釜中加入酚醛贮存液，在添加比例范围内第一次加入甲醛水溶液，在添加比 例范围内部分量加入碱性水溶液，升温至30-70°C，反应30-90min ；3)在不超添加比例范围的前提下第二次加入甲醛水溶液，均勻升温至70-98°C，保温 反应20-90分钟；4)再在不超添加比例范围的前提下加入碱性水溶液，反应5-15min；5)搅拌下再加入改性剂间苯二酚，反应lOmin后测试胶液粘度，至测试胶液粘度为 15-700mPa. s ；6)降温至40°C以下，放料。
7.如权利要求6所述的竹结构材用改性酚醛树脂的制备方法，其特征在于分两次加 入的碱液每次加入的量为总碱量的60%到40%。
8.如权利要求6所述的竹结构材用改性酚醛树脂的制备方法，其特征在于添加的甲 醛水溶液总量与酚醛贮存液中的苯酚摩尔比小于1. 2时，取消甲醛水溶液的第二次加入， 将甲醛水溶液一次性加入，进行共聚反应。
全文摘要
一种竹结构材用改性酚醛树脂，包括酚醛贮存液35～85％；甲醛水溶液0～40％；碱性水溶液7～20％；间苯二酚0.5～5％。所述的酚醛贮存液是由苯酚与甲醛按2～85％∶98～15％的重量百分比制成的混合液。其制备方法如下在反应釜中加入酚醛贮存液，第一次加入甲醛水溶液，再部分量加入碱性水溶液，升温至30-70℃，反应30-90min钟；在不超添加比例范围下取舍第二次加入甲醛水溶液，均匀升温至70-98℃，保温反应20-90分钟；再在不超添加比例范围的前提下加入碱性水溶液，反应；再加入改性剂间苯二酚，至测试胶液粘度为15-700mPa.s；降温至40℃以下放料。其通过加入改性剂间苯二酚对酚醛树脂进行改性，显著提高了树脂对竹材的胶合性能，且胶粘剂的游离甲醛含量低，具有节能环保的特点。
文档编号C08G8/10GK101864053SQ20101020016
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者任一萍, 王正 申请人:中国林业科学研究院木材工业研究所