酸木质素改性酚醛树脂胶粘剂的研究.doc

酸木质素改性酚醛树脂胶粘剂的研究徐若愚１张静２龚方红１（１．常州大学材料科学与工程学院江苏常州２１３０１６；２．常州大学化学化工学院江苏常州２１３０１６）［摘要］分别用硫酸、硝酸和盐酸从造纸黑液中提取木质素，用酸木质素来替代部分苯酚合成酚醛树脂胶粘剂，对产物进行了固体含量、游离甲醛含量和胶合强度的测定，并用红外光谱对其进行了结构表征。作者考察了酚醛比（物质的量比）和酸木质素的替代量对胶粘剂性能的影响。结果表明：当ｎ（苯酚）：ｎ（甲醛）＝１：１．５，硝酸木质素的替代量为２０％时，胶粘剂的综合性能最优。［关键词］黑液酸木质素酚醛树脂胶粘剂游离甲醛黑液是造纸厂用烧碱法和亚硫酸盐法蒸煮植物纤维原料造纸浆后排出的废液，内含大量的木质素及一些有机酸盐和残余的氢氧化钠、硫酸钠等。木质素是含量仅次于纤维素的有机物质，如果黑液排放到江河里不仅浪费资源，还对生态环境造成了了巨大的破坏。作者用酸提取黑液中的木质素并替代部分苯酚用于合成木质素－酚醛树脂胶粘剂，这样既改善了胶粘剂的性能，又降低了成本，达到环境保护和资源化利用目的。１实验部分１．１原料与试剂苯酚，ＡＲ，上海凌峰化学试剂有限公司；甲醛，ＡＲ，国药集团化学试剂有限公司；氢氧化钠，ＡＲ，国药集团化学试剂有限公司；造纸黑液，常州大学自制；盐酸羟胺，ＡＲ，国药集团化学试剂有限公司；无水甲醇，ＡＲ，上海振兴化工一厂。１．２试样的制备１．２．１酸木质素的制备首先将阔叶木木片在碱性环境下蒸煮，是用强碱和高压水蒸汽从木片中萃取出木质素，形成木质素碱性溶液，然后用酸从原料液中提取木质素。１．２．２酸木质素替代部分苯酚胶粘剂的制备在装有电动搅拌器、回流冷流管和温度计的三口烧瓶中一次加入一定量熔化的苯酚、氢氧化钠（配成４０％溶液）。启动电动搅拌器，在４５℃搅拌１０～１５ｍｉｎ，然后滴加第一批甲醛溶液（占总加入量的８０％），在２５ｍｉｎ内滴加完，并控制滴加速度。在半小时内将温度升到８７℃，并滴加剩余的甲醛溶液，继续升温至９３℃，反应６０ｍｉｎ后加入计量的酸木质素，继续反应４０ｍｉｎ后降温至４０℃出料。１．３分析与测试１．３．１黏度的测定按ＧＢ／Ｔ１４０７４－２００６要求测定，所用仪器为ＮＤＪ－７９旋转式粘度计（上海安德仪器设备有限公司）。１．３．２固体含量的测定按ＧＢ／Ｔ１４０７４－２００６要求测定胶粘剂的固体含量（按质量分数计算）。１．３．３游离甲醛质量分数的测定按ＨＧ／Ｔ２６２２－９４要求测定，所用的仪器为酸度计（杭州雷磁分析仪器厂）。１．３．４胶合强度的测定按ＧＢ／Ｔ１７６５７－１９９９制备人造板试件，然后涂上酚醛树脂胶粘剂，常温放置３０ｍｉｎ后进行热压。在压力１．３ＭＰａ，温度为１３５℃，时间为３００ｓ下热压成型。将制好的人造板试件于室温放置２４ｈ后，利用HYPERLINK"http://www.kejian-tech.com"拉力试验机进行胶合强度试验。２结果与讨论２．１反应物甲醛与苯酚最佳的物质的量比反应物甲醛与苯酚的物质的量比，不仅影响产品游离甲醛含量，还影响到产品的性能，如表１所示：由表１可知，随着Ｆ／Ｐ物质的量的增大，黏度和胶合强度逐渐增大，固体含量和游离甲醛含量随之降低。这是因为在合成反应中过量的甲醛更加有利于形成多羟甲基酚，可提高树脂的交联密度，从而黏度和胶合强度增大，但同时胶中的游离甲醛含量也较高。所用甲醛为３７％的溶液，随着甲醛溶液用量的增加，体系中水分的含量也不断增加，因此胶粘剂的固体含量逐渐下降。当Ｆ／Ｐ物质的量比从１．５上升到１．９时，游离甲醛含量大幅度增加，固体含量下降。综合考虑，在后续实验中选取Ｆ／Ｐ物质的量比为１．５进行研究。２．２．１对游离甲醛含量的影响由图２可知，随着３种木质素替代量的增加，游离甲醛含量呈先下降后上升的趋势。由于当木质素含量较少时，木质素的酚化程序促进了木质素的活性，使得木质素酚羟基可与甲醛进一步反应，降低游离甲醛的含量。而当木质素超过一定量时就会发生副反应生成甲醛，导致游离甲醛含量上升。用硝酸提取的木质素能够提取的苯酚的量最多的可达２０％可以使游离甲醛含量降至０．０６３％，而硫酸和盐酸提取的木质素代替苯酚量达１５％时游离甲醛含量分别是０．１１５％和０．０７５％，所以硝酸降解木质素的效果优于硫酸和盐酸降解，使木质素可以充分地参加反应，从而更有效地减少游离甲醛的含量。２．２．２对胶合强度的影响由图３可知，随着硫酸木质素和硝酸木质素替代量的增加，胶粘剂的胶合强度呈先上升后下降的趋势，盐酸木质素改性胶粘剂的胶合强度变化不稳定，硝酸木质素改性胶粘剂的胶合强度明显高于其他两种酸木质素。这是由于硫酸木质素和盐酸木质素的纯度不高含有糖类等杂质，这些杂质不参与反应，导致胶合强度下降。当硝酸木质素的替代量为２０％时，胶合强度达到最大值４．６０ＭＰａ。综合以上３图可知，