本发明涉及胶黏剂制备技术领域，特别是涉及一种含脱甲基化木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂及其制备方法。
背景技术：
结构用胶合木是通过胶黏剂固化形成的一种工程木，其是现代木结构的形式之一。结构用胶合木是胶合木结构承载构建的基础材料，在木结构建筑中具有重要作用。其具有如下优点：(1)原料可再生，绿色环保；(2)质量轻，便于装拆和运输；(3)工业化程度高、施工方便；(4)设计与功能多样性；(5)强耐腐蚀性，所以可以广泛地应用于木结构住宅、大空间结构和木桥梁、塔架等建筑结构中。
目前，胶合木结构中常用到的木工胶黏剂有酚醛树脂胶黏剂、间苯二酚-甲醛树脂胶黏剂和间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂。酚醛树脂胶黏剂原料易得，胶接强度好，耐水、耐热、耐磨、耐沸水性能优异。但是其具有一定的脆性导致易龟裂，且固化温度高、固化时间长、单板含水率高，这在某种程度上限制了酚醛树脂胶黏剂的应用。间苯二酚-甲醛树脂胶黏剂，能够实现低温固化，且耐水性能优异，胶接强度好，但是间苯二酚价格昂贵，这就限制了间苯二酚-甲醛胶黏剂的应用范围。间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂，其具有酚醛树脂和间苯二酚-甲醛树脂胶黏剂的优点。相对于酚醛树脂，其具有固化温度低、固化时间短的优点；相对于间苯二酚-甲醛树脂，其具有生产成本低的优点。
木质素是木质纤维素的三大组分之一，因其基本结构单元是愈创木酚基、紫丁香基及对羟基苯基，所以木质素分子中含有大量的酚类结构单元的活性位点，因此，在胶黏剂制备反应中，木质素在某种程度上可以代替苯酚应用于酚醛树脂胶黏剂的制备。木质素具有可再生、来源广、可降解、成本低等优点，因为被视为优良的绿色化工环保原料。近年来，造纸工业和生物炼制工业中都会产生大量的木质素副产物，其大部分被燃烧掉或者是低值化利用，造成了资源的大量浪费。
目前，已报道的木质素活化方法包括酚化改性、羟甲基化和脱甲基化反应。专利zl201310082995.6采用酚化改性的方法，对木质素进行酚化改性，酚化改性的木质素可以用来制备木质素改性酚醛树脂。专利zl200810198614.x采用羟甲基化的方法，对木质素进行羟甲基化改性，羟甲基化改性的木质素可以用来制备酚醛树脂胶黏剂。专利zl201110150520.7采用脱甲基化改性的方法，对木质素进行脱甲基化改性，得到的脱甲基化改性木质素酚羟基含量增加，活性位点数量增加。木质素的酚化改性和羟甲基化改性只是增加了原有活性位点的活性，而脱甲基化改性不仅增加了原有活性位点的活性，还增加了活性位点的数量。所以，对木质素进行脱甲基化改性具有重要的现实意义。
技术实现要素：
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种含脱甲基化木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂的制备方法，可解决木质素活性低，间苯二酚成本高，酚醛树脂固化温度高、固化时间长等缺点。
为了解决上述技术问题，本发明公开一种含脱甲基化木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将木质素加入硫化钠水溶液中，搅拌使木质素充分溶解，随后升温至反应温度90～110℃，加入硫、正十二硫醇和硼氢化钠，保温反应60～180min，反应结束后加水稀释并调节ph值到2，离心分离得到脱甲基木质素，水洗到中性后放入冻干机中干燥得到纯净的脱甲基化木质素；冻干机购自labconco公司，型号为freezone4.5，冻干条件为真空度5～10pa，温度-50～-40℃，冻干时间1～2d；
步骤二：将碱性催化剂溶于水中升温至60～65℃，加入苯酚、甲醛水溶液，搅拌混合均匀后升温至85～95℃，保温反应1～1.5h；
步骤三：将步骤二得到的混合溶液采用冰快速降温至70～80℃，补加碱性催化剂水溶液，然后加入步骤一得到的脱甲基化木质素，在70～80℃下进行初次缩聚反应1～1.5h；
步骤四：将步骤三得到的混合溶液降温至60～70℃，加入间苯二酚水溶液，在60～70℃下进行第二次缩聚反应1～2h，冷却至室温即得脱甲基化木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂(d-lprf)。
步骤一中，所述木质素为酶解木质素、碱木质素和木质素磺酸钠中的任意一种；所述硫化钠加入量为木质素质量的10～25％，硫化钠水溶液质量百分比为4.7～11％，硫化钠的加入起到双重作用，即作为碱性剂又能作为脱甲基化反应的催化剂；所述硫加入量为木质素质量的5～10％；所述正十二硫醇加入量为木质素质量的60～100％；所述硼氢化钠加入量为木质素质量的1～6％；硫和正十二硫醇的加入起到促进反应的作用，硼氢化钠则作还原剂，能降低反应温度，缩短反应时间，另外，硫化钠和硫工业价格便宜，具有较大的工业应用价值。
步骤二中，所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钡中的任意一种；将碱性催化剂溶于水中，其中，所述碱性催化剂与水的质量体积比为1:4～1:40；所述碱性催化剂的加入量为苯酚质量的1～11％；所述甲醛水溶液的质量百分含量为35～40％，甲醛水溶液的加入量与苯酚质量比为1:1～2:1。
步骤三中，所述补加的碱性催化剂水溶液，其溶质与步骤二中碱性催化剂相同，质量浓度为10～20％，碱性催化剂水溶液的补加量为苯酚质量的23～28％；所述脱甲基化木质素加入量为苯酚质量的6～22％。
步骤四中，所述间苯二酚为含量99％的工业品；间苯二酚水溶液的质量百分含量为33～50％，加入量为第一步中加入的苯酚质量的31～43％。
步骤一中，所述反应温度优选为100℃，反应时间优选为3h。
步骤三中，所述初次缩聚反应温度优选为75℃，反应时间优选为1h。
步骤四中，所述二次缩聚反应温度优选为65℃，反应时间优选为2h。
采用以上制备方法所制备得到的含脱甲基化木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂也在本发明的保护范围中。
其中，所制备的含脱甲基化木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂中脱甲基化木质素对间苯二酚的替代率为30～50％。
有益效果：
1、采用脱甲基化木质素代替部分间苯二酚制备间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂，替代率可达30～50％的量，并充分利用了木质纤维素中的木质素，不仅具有重要的环境和经济意义，也对木质素的高附加值利用起着重要的作用，同时，也降低了间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂中间苯二酚的成本。
2、所使用的木质素为酶解木质素、碱木质素、木质素磺酸钠等，原料来源广，生产工艺简单，易于实现大规模工业化生产，具有良好的经济价值。
3、本申请首先对木质素进行脱甲基化预处理，提高了木质素中的酚羟基含量，从而提高了脱甲基化的木质素对间苯二酚的替代率，可降低制备成本。
具体实施方式
下面结合具体实施事例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。以下实施例中苯酚纯度为分析纯，间苯二酚为工业级优级纯，含量为99％。
实施例1
酶解木质素脱甲基化预处理：将50g酶解木质素加入硫化钠水溶液(9g硫化钠溶解于100g水)中，开启搅拌桨，使木质素充分溶解，随后升温至100℃，加入5g硫、40g正十二硫醇和2g硼氢化钠，反应180min，反应结束后加水稀释并调节ph值到2，离心分离得到脱甲基木质素，水洗到中性后放入冻干机中干燥得到纯净的脱甲基化木质素，收率为90％。
实施例2
碱木质素脱甲基化预处理：将50g碱木质素加入硫化钠水溶液(5g硫化钠溶解于100g水)中，开启搅拌桨，使木质素充分溶解，随后升温至90℃，加入3.5g硫、30g正十二硫醇和3g硼氢化钠，反应60min，反应结束后加水稀释并调节ph值到2，离心分离得到脱甲基木质素，水洗到中性后放入冻干机中干燥得到纯净的脱甲基化木质素，收率为87％。
实施例3
酶解木质素脱甲基化预处理：将50g酶解木质素加入硫化钠水溶液(12.5g硫化钠溶解于100g水)中，开启搅拌桨，使木质素充分溶解，随后升温至110℃，加入2.5g硫、50g正十二硫醇和0.5g硼氢化钠，反应120min，反应结束后加水稀释并调节ph值到2，离心分离得到脱甲基木质素，水洗到中性后放入冻干机中干燥得到纯净的脱甲基化木质素，收率为88％。
实施例4
本实施例中脱甲基化酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为：脱甲基化酶解木质素5g、苯酚47g、甲醛水溶液70.5g(37wt％)、间苯二酚水溶液15g(33wt％)。步骤一：将3g氢氧化钠加入盛有20ml水的500ml四口烧瓶中，升温至65℃，依次加入47g苯酚和70.5g(37wt％)甲醛水溶液，升温至90℃，在90℃下保温反应1h。
步骤二：降温至75℃，向反应体系中以适当的速度加入11g氢氧化钠溶液(10wt％)，5g脱甲基化酶解木质素，在75℃条件下保温反应1h。
步骤三：降温至65℃，向反应体系中加入15g间苯二酚水溶液(33wt％)，在65℃条件下保温反应120min，冷却至室温出料。
实施例5
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为：脱甲基化酶解木质素4g、苯酚47g、甲醛水溶液70.5g(37wt％)、间苯二酚水溶液16g(37.5wt％)。
步骤一：将3g氢氧化钠加入盛有20ml水的500ml四口烧瓶中，升温至65℃，依次加入47g苯酚和70.5g(37wt％)甲醛水溶液，升温至90℃，在90℃下保温反应1h。
步骤二：降温至75℃，向反应体系中以适当的速度加入11g氢氧化钠溶液(10wt％)，4g脱甲基化酶解木质素，在75℃条件下保温反应1h。
步骤三：降温至65℃，向反应体系中加入16g间苯二酚水溶液(37.5wt％)，在65℃条件下保温反应120min，冷却至室温出料。
实施例6
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为：脱甲基化酶解木质素3g、苯酚47g、甲醛水溶液70.5g(37wt％)、间苯二酚水溶液17g(41.2wt％)。
步骤一：同实施例4。
步骤二：降温至75℃，向反应体系中以适当的速度加入11g氢氧化钠溶液(10wt％)，3g脱甲基化酶解木质素，在75℃条件下保温反应1h。
步骤三：降温至65℃，向反应体系中加入17g间苯二酚水溶液(41.2wt％)，在65℃条件下保温反应120min，冷却至室温出料。
实施例7
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为：脱甲基化酶解木质素5g、苯酚47g、甲醛水溶液70.5g(37wt％)、间苯二酚水溶液15g(33wt％)。
步骤一：将0.5g氢氧化钠加入盛有20ml水的500ml四口烧瓶中，升温至65℃，依次加入47g苯酚和70.5g(37wt％)甲醛水溶液，升温至90℃，在90℃下保温反应1h。步骤二：降温至75℃，向反应体系中以适当的速度加入13.5g氢氧化钠溶液(20wt％)，3g脱甲基化酶解木质素，在75℃条件下保温反应1.5h。
步骤三：同实施例4。
实施例8
本实施例中酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为：脱甲基化酶解木质素5g、苯酚47g、甲醛水溶液70.5g(37wt％)、间苯二酚水溶液15g(33wt％)。
步骤一：将5g氢氧化钠加入盛有20ml水的500ml四口烧瓶中，升温至65℃，依次加入47g苯酚和70.5g(37wt％)甲醛水溶液，升温至90℃，在90℃下保温反应1h。
步骤二：同实施例4。
步骤三：同实施例4。
实施例9
本实施例中脱甲基化酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为：脱甲基化酶解木质素5g、苯酚47g、甲醛水溶液47g(37wt％)、间苯二酚水溶液15g(33wt％)。步骤一：将3g氢氧化钠加入盛有20ml水的500ml四口烧瓶中，升温至65℃，依次加入47g苯酚和47g(37wt％)甲醛水溶液，升温至90℃，在90℃下保温反应1h。
步骤二：同实施例4。
步骤三：同实施例4。
实施例10
本实施例中脱甲基化酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为：脱甲基化酶解木质素5g、苯酚47g、甲醛水溶液98g(37wt％)、间苯二酚水溶液15g(33wt％)。步骤一：将3g氢氧化钠加入盛有20ml水的500ml四口烧瓶中，升温至65℃，依次加入47g苯酚和98g(37wt％)甲醛水溶液，升温至90℃，在90℃下保温反应1h。
步骤二：同实施例4。
步骤三：同实施例4。
实施例11
本实施例中脱甲基化酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为：脱甲基化酶解木质素5g、苯酚47g、甲醛水溶液70.5g(37wt％)、间苯二酚水溶液15g(33wt％)。步骤一：同实施例4。
步骤二：降温至70℃，向反应体系中以适当的速度加入11g氢氧化钠溶液(10wt％)，5g脱甲基化酶解木质素，在70℃条件下保温反应1h。
步骤三：同实施例4。
实施例12
本实施例中脱甲基化酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为：脱甲基化酶解木质素5g、苯酚47g、甲醛水溶液70.5g(37wt％)、间苯二酚水溶液15g(33wt％)。步骤一：同实施例4。
步骤二：降温至80℃，向反应体系中以适当的速度加入11g氢氧化钠溶液(10wt％)，5g脱甲基化酶解木质素，在80℃条件下保温反应1h。
步骤三：同实施例4。
实施例13
本实施例中脱甲基化酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为：脱甲基化酶解木质素5g、苯酚47g、甲醛水溶液70.5g(35wt％)、间苯二酚水溶液15g(33wt％)。步骤一：同实施例4。
步骤二：同实施例4。
步骤三：降温至60℃，向反应体系中加入15g间苯二酚水溶液(33wt％)，在60℃条件下保温反应60min，冷却至室温出料。
实施例14
本实施例中脱甲基化酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为：脱甲基化酶解木质素5g、苯酚47g、甲醛水溶液70.5g(40wt％)、间苯二酚水溶液15g(33wt％)。步骤一：同实施例4。
步骤二：同实施例4。
步骤三：降温至70℃，向反应体系中加入15g间苯二酚水溶液(33wt％)，在70℃条件下保温反应120min，冷却至室温出料。
实施例15
本实施例中脱甲基化酶解木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为：脱甲基化酶解木质素10g、苯酚47g、甲醛水溶液70.5g(37wt％)、间苯二酚水溶液20g(50wt％)。步骤一：同实施例4。
步骤二：降温至75℃，向反应体系中以适当的速度加入11g氢氧化钠溶液(10wt％)，10g脱甲基化酶解木质素，在75℃条件下保温反应1h。
步骤三：降温至65℃，向反应体系中加入20g间苯二酚水溶液(50wt％)，在65℃条件下保温反应120min，冷却至室温出料。
实施例16
本实施例中脱甲基化碱木质素、苯酚、甲醛及间苯二酚的配比为：脱甲基化碱木质素5g、苯酚47g、甲醛水溶液70.5g(37wt％)、间苯二酚水溶液15g(33wt％)。
步骤一：将5g氢氧化钾加入盛有20ml水的500ml四口烧瓶中，升温至60℃，依次加入47g苯酚和70.5g(37wt％)甲醛水溶液，升温至95℃，在95℃下保温反应1h。
步骤二：降温至75℃，向反应体系中以适当的速度加入11g氢氧化钾溶液(10wt％)，5g脱甲基化碱木质素，在75℃条件下保温反应1h。
步骤三：降温至65℃，向反应体系中加入15g间苯二酚水溶液(33wt％)，在65℃条件下保温反应120min，冷却至室温出料。
测试实施例所制备的含脱甲基化木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂各项性能，利用实施例制备的含脱甲基化木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂压制花旗松胶合木，测试其性能，结果列于表1。
表1含脱甲基化木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂及制备的胶合木性能
上述胶黏剂的检测：固含量、粘度、游离甲醛含量均按gb/t14074-2006中的规定进行检测。
上述胶合木为花旗松胶合木，单板上胶量为100～150g/m2，上下板温度设为40℃，压力为1.5mpa，压板时间为24h。
上述胶合木检测，压制的胶合木室温放置3～4天后检测。实施例4～16胶合板强度按gb/t50329-2012中的规定测试。
由表1中数据表明，本发明制备的含脱甲基化木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂胶合强度符合国家结构用胶合木要求。
本发明提供了一种含脱甲基化木质素基间苯二酚-苯酚-甲醛树脂胶黏剂及其制备方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。