Способ получения лигнинфенолформальдегидной смолы Российский патент 2024 года по МПК C08F2/04 C08G8/08 C08G8/28 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к химии полимеров, а именно к способу получения лигнинфенолформальдегидной смолы, используемой в пропитке бумаг, которой обертывается фанера и прессуется при высокой температуре и давлении, в результате чего получается ламинированая фанера. Данный вид продукции широко используется в производстве мебели и строительстве.

Данная смола представляет собой темную жидкость, которая обладает следующими свойствами:

- условная вязкость от 15 до 40 секунд;

- время отверждения при 130°С от 80 до 250 секунд;

- рН от 8 до 10;

- содержание свободного формальдегида от 0 до 2%;

- сухой остаток от 47 до 58.

Лигнинфенолформальдегидные смолы обеспечивают высокую прочность и водостойкость клеевого соединения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен способ получения фенолформальдегидной смолы, конденсацией фенола, формальдегида, гидроксида натрия при их массовом соотношении 1:0,9:0,3 соответственно в присутствии воды и лигнинсодержащего карамельного осадка предгидролизатов сульфат-целлюлозного производства при постадийном введении формальдегида и нагревании до получения фенолформальдегидного конденсата с вязкостью 0,83-0,93 Па/с, отличающийся тем, что с целью снижения содержания мономеров в смоле, повышения водостойкости изделий на основе смолы, лигнинсодержащий карамельный осадок предгидролизатов сульфат-целлюлозного производства вводят в фенолфор-мальдегидный конденсат в виде 40%-ного раствора в 4%-ном водном растворе гидроксида натрия при массовом соотношении конденсата и карамельного осадка (80-90):(10-20) и процесс продолжают при 70-80°С в течение 40 мин (Описание к авторскому свидетельству СССР №1786042, МПК C08G 8/28).

Отличие - лигнинсодержащий компонент- лигнинсодержащий карамельный осадок предгидролизатов сульфат-целлюлозного производства (в предложенном техническом решении используется лигносульфонат натрия в виде желтого порошка). Отличие также в том, что данная смола использована для производства фанеры, а именно, склейки шпона, предложенная смола используется для пропитки бумаги, которой ламинируется поверхность фанеры.

Известен способ получения модифицированных фенолформальдегидных смол путем смешения при 40-42°С фенола, воды, гидроксида натрия, лигнинсодержащего компонента, добавления к смеси 90-92% от массы общего количества формальдегида, нагревания смеси до 80-85°С, выдерживания при этой температуре 40-45 мин с последующим нагреванием до температуры кипения реакционной смеси, выдержкой 10 мин, охлаждением до 80-85°С и введением оставшегося количества формальдегида и выдержкой смеси при 85-90°С, отличающийся тем, что в качестве лигнинсодержащего компонента используют шлам холодного отстоя, осаждаемый при инверсии серной кислотой гидролизата или предгидролизата древесины в процессе получения кормовых дрожжей с содержанием карбоксильных групп 1,5-2,0% фенольных гидроксильных групп 3,2-5,6% метоксильных групп 7,0-10,2% карбонильных групп 3,5-7,1% и процесс осуществляют при массовом соотношении фенола, формальдегида, шлама холодного отстоя и гидроксида натрия 1:(0,9-1,1):(0,4-1):(0,3-0,6) соответственно до получения смолы с вязкостью 0,78-0,98 Па/с (Описание изобретения к патенту РФ №2100381, МПК C08G 8/28).

Отличие - в качестве лигносодержащего вещества используют шлам холодного отстоя, осаждаемый при инверсии серной кислотой гидролизата или предгидролизата древесины в процессе получения кормовых дрожжей (в предложенном техническом решении используется лигносульфонат натрия в виде желтого порошка). Отличие также в том, что данная смола использована для производства фанеры, а именно склейки шпона, предложенная смола используется для пропитки бумаги, которой ламинируется поверхность фанеры.

Известен способ получения феноллигнинформальдегидной смолы, конденсацией фенола, формальдегида и лигносодержащего вещества при нагревании в щелочной среде, в качестве лигносодержащего вещества используют полуупаренный черный щелок сульфатно-целлюлозного производства плотностью 1,14-1,20 г/см3, конденсации компонентов при массовом соотношении фенол: формальдегид: полуупаренный щелок: едкий натр, равном 1: (1,02-1,21): (0,405-0,680): (0,30-0,35), проводят при 40°С, реакционную массу нагревают до 80-85°С и выдерживают 40-45 мин., затем повышают температуру до 95-97°С и выдерживают при этой температуре до вязкости 1,12-1,34 Па/с (Описание к авторскому свидетельству СССР №1249028, МПК C08G 8/28).

Отличие - в качестве лигносодержащего вещества используют полуупаренный черный щелок сульфатно-целлюлозного производства. Недостатком способа является необходимость выделения лигнина из промышленного отхода, его токсичность (черный щелок), (в предложенном техническом решении используется лигносульфонат натрия в виде желтого порошка). Отличие также в том, что данная смола использована для производства фанеры, а именно, склейки шпона, предложенная смола используется для пропитки бумаги, которой ламинируется поверхность фанеры.

Для исследуемого изобретения наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту и выбранным в качестве ближайшего аналога - прототипа является способ получения лигнофенолоформальдегидной смолы, в конденсации фенола, формальдегида и лигнинсодержащего компонента при нагревании в присутствии гидроксида натрия в качестве щелочного катализатора, отличающийся тем, что в качестве лигнинсодержащего компонента используют древесную смолу, являющуюся промышленным отходом производства дегидрокверцетина методом экстракции ацетоном из древесины лиственницы, состоящую в основном из смоляных кислот, терпенов и деструктированных молекул лигнина (Описание изобретения к патенту РФ №2423390, МПК C08G 8/28).

Отличие - в качестве лигнинсодержащего компонента используют древесную смолу, являющуюся промышленным отходом производства дегидрокверцетина, (в предложенном техническом решении используется лигносульфонат натрия в виде желтого порошка). Отличие также в том, что данная смола использована для производства фанеры, а именно склейки шпона, предложенная смола используется для пропитки бумаги, которой ламинируется поверхность фанеры.

Проведенный анализ и проверка технического решения заявки «Способ получения лигнинфенолформальдегидной смолы» показал, что данное изобретение может быть использовано в качестве связующего при получении клееной продукции из древесины, например ламинированной фанеры.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача - расширение сырьевой базы для синтеза фенолоформальдегидных смол.

Технический результат достигается созданием способа получения лигнинфенолформальдегидной смолы путем смешивания фенола, формальдегида и лигносодержащего вещества в щелочной среде, при этом в качестве лигнинсодержащего вещества используют лигносульфонат натрия; в реактор дозируют фенол, лигносульфонат натрия и щелочь, далее реакционную смесь нагревают до 100-130°С и выдерживают в течение 1-3 часов, далее охлаждают до 30-50°С, затем дозируют формалин и нагревают реакционную смесь до 70-80°С и выдерживают в течение 1-6 часов, далее температуру смеси охлаждают от 1 до 15°С и продолжают выдерживать еще от 1 до 5 часов; при этом фенол, формалин и щелочь дозируют в мольном соотношении, как 1:(1,4-2,5):(0,02-0,2) соответственно, также подготавливают лигносульфонат натрия в количестве от 0,1 до 25% от общей массы подготовленных компонентов (фенола, формалина и щелочи).

Лигнинфенолформальдегидные смолы обеспечивают высокую прочность и водостойкость клеевого соединения.

Формальдегид представляет собой бесцветный, растворимый в воде, легковоспламеняющийся газ при комнатной температуре с резким раздражающим запахом.

Формалин представляет собой жидкость, которая готовится путем смешивания газообразного формальдегида и воды.

Лигносульфонат натрия используется в качестве пенообразователя для бумажного производства и в клеях для изделий, контактирующих с пищевыми продуктами; обладает высокой растворимостью в воде.

Технология производства получения лигнинфенолформальдегидной смолы заключается в следующем. Сначала подготавливается необходимое количество фенола, формалина и щелочи в мольном соотношении, как 1:(1,4-2,5):(0,02-0,2) соответственно. Также, подготавливается лигносульфонат натрия в количестве от 0,1 до 25% от общей массы подготовленных компонентов (фенола, формалина и щелочи). В реактор дозируется фенол, лигносульфонат натрия и щелочь. Далее реакционная смесь нагревается до 100-130°С и выдерживается в течение 1-3 часов. Затем содержимое охлаждается до 30-50°С. После охлаждения в реакционную смесь дозируется формалин, и реакционная масса нагревается до 70-80°С. Далее осуществляется выдержка содержимого реактора в течение 1-6 часов. После выдержки температура смеси поднимается от 1 до 15°С и продолжает выдерживаться еще от 1 до 5 часов.

Предложен сравнительный анализ на примерах выполнения с разным составом ингредиентов.

Пример №1.

Способ получения лигнинфенолформальдегидной смолы с 5% заменой фенола (ЛФФС-5) в синтезе на лигносульфонат натрия. В реактор, снабженный мешалкой, обратным холодильником и термометром, при постоянном перемешивании дозируют 35,5 мас.ч. фенола, 1,9 мас.ч. лигносульфоната натрия и 4,5 мас.ч. 46%-го раствора гидроксида натрия. Далее реакционную массу нагревают до 120°С и выдерживают в течение 2 часов. Затем смесь охлаждают до 40°С и порционно вводят 58,1 масс.ч. 37%-го формалина. После ввода формалина содержимое реактора нагревают до 70°С и выдерживают в течение 2-3 часов. Далее реакционную смесь нагревают до 80°С и выдерживают еще в течение 1 часа. Затем готовую смолу охлаждают до 30°С и сливают в хранилище.

Пример №2.

Способ получения лигнинфенолформальдегидной смолы с 15% заменой фенола (ЛФФС-15) в синтезе на лигносульфонат натрия. Синтез проводят по аналогии с примером №1 при массовом соотношении фенола, формалина, щелочи и лигносульфоната натрия равном 1:1,54:0,16:0,075, соответственно. Стадия выдержки при 70°С длится 2-2,5 часа. Стадия выдержки при 80°С длится 45 минут.

Пример №3.

Способ получения лигнинфенолформальдегидной смолы с 30% заменой фенола (ЛФФС-30) в синтезе на лигносульфонат натрия. Синтез проводят по аналогии с примером №1 при массовом соотношении фенола, формалина, щелочи и лигносульфоната натрия равном 1:1,45:0,19:0,43, соответственно. Стадия выдержки при 70°С длится 2 часа. Стадия выдержки при 80°С длится 30 минут.

Сравнительные характеристики примеров смол с серийной приобретаемой смолой и продукции, произведенной на их основе, приведены в таблицах 1 и 2.

Из представленных данных видно, что характеристики смолы приближены к серийным, для удобства использования на линии пропитки, не меняя координально режимов производства. Также, удалось достичь улучшения качества пропитки и внешнего вида продукции без ущерба характеристикам материала.

Предложенная технология использования лигносульфоната натрия при синтезе смолы позволяет:

- уменьшить количество свободного фенола, что снижает токсичность смолы;

- снизить себестоимость смолы;

- улучшить равномерность пропитки бумаги. Применение смолы лигнинфенолформальдегидной смолы.

Представленная смола используется в пропитке бумаг, которые в последующем применяются при производстве ламинированной фанеры. В специальную ванну на линии производства фенольных пленок наливается полученная смола, красители и ряд химических добавок. Затем бумага пропитывается данной смесью и пропускается через ряд валов и сушильные камеры. После выхода из сушильных камер бумага наматывается в рулоны и поставляется на фанерные комбинаты. На комбинатах данной бумагой обертывается фанера и прессуется при высокой температуре и давлении, в результате чего получается ламинированая фанера. Данный вид продукции широко используется в строительстве и прочих отраслях.

Произведенная продукция с применением данной смолы позволяет улучшить внешний вид поверхности ламинированной фанеры без потери качества и физико-механических характеристик, а также проявляет чистящий эффект, что позволяет снизить количество остановок на чистку плит пресса.

Изобретение относится к способу получения лигнинфенолформальдегидной смолы. Предложен способ получения лигнинфенолформальдегидной смолы путем смешивания фенола, формальдегида и лигносодержащего вещества в щелочной среде, в качестве лигнинсодержащего вещества используют лигносульфонат натрия, в реактор дозируют фенол, лигносульфонат натрия и щелочь, далее реакционную смесь нагревают до 100-130°C и выдерживают в течение 1-3 часов, далее охлаждают смесь до 30-50°C, затем дозируют формалин и нагревают реакционную смесь до 70-80°C и выдерживают в течение 1-6 часов, далее температуру смеси охлаждают от 1 до 15°C и продолжают выдерживать еще от 1 до 5 часов; при этом фенол, формалин и щелочь дозируют в мольном соотношении, как 1:(1,4-2,5):(0,02-0,2) соответственно, также подготавливают лигносульфонат натрия в количестве от 0,1 до 25% от общей массы подготовленных фенола, формалина и щелочи. Технический результат – получение лигнинмеламинфенолформальдегидной смолы, которая обеспечивает высокую прочность и водостойкость клеевого соединения. 2 табл., 3 пр.

Способ получения лигнинфенолформальдегидной смолы, осуществляющийся путем смешивания фенола, формальдегида и лигносодержащего вещества в щелочной среде, отличающийся тем, что в качестве лигнинсодержащего вещества используют лигносульфонат натрия, в реактор дозируют фенол, лигносульфонат натрия и щелочь, далее реакционную смесь нагревают до 100-130°C и выдерживают в течение 1-3 часов, далее охлаждают смесь до 30-50°C, затем дозируют формалин и нагревают реакционную смесь до 70-80°C и выдерживают в течение 1-6 часов, далее температуру смеси охлаждают от 1 до 15°C и продолжают выдерживать еще от 1 до 5 часов; при этом фенол, формалин и щелочь дозируют в мольном соотношении, как 1:(1,4-2,5):(0,02-0,2) соответственно, также подготавливают лигносульфонат натрия в количестве от 0,1 до 25% от общей массы подготовленных фенола, формалина и щелочи.