[发明专利]基于木质素的酚醛树脂

说明书

本发明涉及一种基于木质素的酚醛树脂，特别地可用于制造定向刨花板(OSB)。

技术领域

本发明涉及一种基于木质素的酚醛树脂，特别地可用于制造定向刨花板(OSB)。

背景技术

定向刨花板(OSB)是一种基于木材的产品，其通常用于住宅和商业建筑、家具和其他应用。OSB通常通过如下来制造：从圆木切割刨片(strand)，干燥刨片，施加蜡并且将树脂(粘合剂)粘合到刨片上，在连续线(continuous line)上将经处理的刨片成形成垫，然后在热和压力下持续延长的时间使垫固结。热和压力通过使用热压来完成。OSB具有类似于胶合板的性质并且具有比铣削(milled，研磨)木板更大的承载能力。OSB的生产成本通常低于胶合板的生产成本。

刨片的长度轴大致平行于木材的纹理。OSB垫通常包括离散的表面和芯层。薄木屑层通过将木材切碎成条，将条筛分然后在带或丝网板(wire caul)上定向而产生。垫在成形线(forming line)上制造。外层上的木条通常与面板的强度轴对齐，而内层通常是垂直的。放置的层数部分地取决于面板的厚度，但受到在制造现场安装的设备的限制。各个层的厚度也可以变化，以得到不同的成品面板厚度。表层中的刨片比芯层中所使用的刨片平均更大。

通常，有三种不同类型的粘合树脂用于制造OSB。其为液体苯酚/甲醛甲阶酚醛树脂(LPF)、粉末苯酚/甲醛甲阶酚醛树脂(PPF)和聚合的二苯甲烷二异氰酸酯(PMDI)。在制造OSB时，通常使用粘合树脂的组合。

甲阶酚醛树脂是在碱催化条件下制造的树脂，其中甲醛与苯酚的比例大于一，以产生高度羟甲基化的结构。

这些不同的粘合剂类型中的每一种都有其自身的性能属性和限制。LPF树脂的成本相对较低，但可能比PMDI发展粘合强度更慢并且对木材中的高水分水平的耐受性较差。PPF树脂发展粘合强度相对较快并且对高水分水平水平耐受性较好，但是比LPF树脂更昂贵并且施用率限于木材质量的约3％。PMDI倾向于快速发展粘合强度并且最终粘合强度值倾向于大于与等效水平的LPF或PPF相关的最终粘合强度值。然而，PMDI相对较昂贵并且通常在干燥刨片上无法很好地发挥作用。PMDI还有与其粘合到压板的趋势有关的额外限制。

用于OSB的液体粘合树脂具有许多性能和应用要求。用于OSB的粘合树脂的第二个要求涉及对OSB工厂(铣削机，研磨机)内部和外部挥发性化学物质的排放贡献最小的需求。在高温下的垫固结过程期间从PF树脂中排放的常见化学物质包括苯酚、甲醇和甲醛。通常还从用于OSB应用的PF粘合树脂中排放氨。氨通过尿素的水解产生，其可以通过碱性和高温条件促进。

用于OSB的大多数液体PF树脂含有大量的尿素。将尿素掺入到树脂中的目的在于降低粘度和消耗游离甲醛。尿素由于其反应性、溶解性、低分子量、低成本、可获得性和有利的毒性特性而非常适合于这些功能。用于OSB的液体PF树脂中的尿素水平通常高达15-40％，基于树脂的固体含量计。因此，用于OSB的液体PF树脂不同于用于其他木材粘合应用的PF树脂。

对于从工厂中排放到周围环境中的苯酚、甲醇、甲醛和其他有机化合物，OSB工厂在许多国家都受到管制。氨向工厂外部的排放也可能受到管制。然而，在来自设备的废气流中存在的氨可以在反应性热氧化器中转化为NOx，所述反应性热氧化器通常在堆叠之前安装在排气系统中。在许多国家，对可以从OSB工厂中排放的NOx的量有限制。

另外，氨是一种有毒气体，并且在工厂内在共混机附近经常发生氨排放，形成线和压榨区域。如果浓度超过给定阈值，则工厂内的氨可能对工厂内的工人造成危险。因此，需要减少源自OSB工厂中的液体PF树脂的氨排放。

用于OSB的粘合树脂的另一个要求是其以低成本提供高的刨片对刨片的粘合强度和在压机中的最小固化时间。粘合剂成本通常占生产OSB的总成本的很大一部分。因此，需要一种PF树脂，其以低成本提供高粘合强度和最小固化时间。PF树脂的较高成本和价格波动主要与用于合成PF树脂的苯酚相关。木质素是用于替代酚醛树脂中的苯酚的合适的芳族化合物。