前篇文章提到(“吴义强当选中国工程院院士,他究竟在胶黏剂领域做了哪些贡献?”),吴院士的“卓越贡献”之一是攻克了人造板甲醛污染这一核心关键技术难题。
技术路径之一是采用了反应型硅酸盐无机胶黏剂(可点击链接“吴义强院士的无甲醛人造板胶——硅酸盐无机胶黏剂,“领先”技术在何处?”,阅读详细内容)
除此之外,吴院士还采用了另一种技术途径:木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂。
众所周知,“脲醛树脂因其原料来源广泛、价格低廉、合成工艺简单、操作方便等优点而成为人造板生产乃至整个木材工业中应用最广泛的胶黏剂。以脲醛树脂胶黏剂制造的人造板产品,如胶合板、刨花板、纤维板等,广泛应用于家具、地板、室内装饰等人居生活的各个领域。然而,脲醛树脂在使用过程中会释放甲醛,污染室内环境,威胁人体健康。“
不少老百姓都好奇,为什么这种脲醛树脂胶黏剂会有甲醛释放?这是因为脲醛树脂的制备离不开甲醛,残留的甲醛便会随着时间而逐渐释放出来。
如何提高脲醛树脂的环保性能,控制人造板甲醛释放,营造健康、安全的人居环境?
吴院士团队于2020年申请了一篇专利,提出一种解决方案:就是使用廉价的木质素对脲醛树脂进行改性,得到的改性环保胶黏剂所压制的纤维板其甲醛释放量仅为2.3mg/100g,显著低于常规脲醛胶黏剂(对比例1)压制的纤维板(6 .80mg/100g),和对比例2纤维板的甲醛释放量(4.0mg/100g), 表明了木质素改性脲醛树脂胶黏剂可以降低人造板产品的甲醛释放量。另外,纤维板的内结合强度测试结果显示,使用木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂(实施例1)压制的纤维板内结合强度也有所提高。
该木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂的制备方法如下所示:
(1)将木质素磺酸盐溶解得到木质素溶液,再向所述木质素溶液中加入生物酶与介体联合解聚木质素,得到解聚木质素溶液;
(2)调节所述解聚木质素溶液为弱碱性,加入硅烷偶联剂进行接枝反应得到木质素改性溶液;
(3)向所述木质素改性溶液中加入甲醛和尿素反应,即得到所述木质素改性环保脲醛树脂胶黏剂。
步骤1中所述的木质素磺酸盐为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠和碱木质素;生物酶为白腐菌漆酶、曲霉漆酶、纺织用漆酶和过氧化物酶;介体为丁香酸甲酯、香兰素和吩噻嗪。
研究者认为酶可以催化氧化多种酚类和非酚类底物,将木质素中的酚类结构单元氧化为羟基、羰基等活性基团,以降低木质的分子量,实现木质素的解聚。另外,介体的存在可以提高酶的氧化还原电势,实现对木质素结构中非酚类结构单元的破坏,解决单独使用酶仅能降解占木质素结构约10%的酚类结构单元等问题,显著提高木质素的解聚效率。
“酶-介体”体系对木质素大分子进行有效解聚,提高了木质素分子的反应活性,促进其与脲醛树脂,脲醛树脂合成过程的甲醛,以及反应中间产物羟甲基(‑CH2‑OH)、氨基亚甲基键(‑NH‑CH2‑NH‑)等产生化学键合,
硅烷偶联剂的使用则是因为木质素磺酸盐等水溶性木质素中还含有大量无机灰分,在强碱性条件下会产生沉淀,从而影响脲醛树脂的合成与固化过程;采用硅烷偶联剂对其进行接枝改性(硅烷偶联剂几乎不与木质素小分子反应),使无机粒子表面富含氨基(‑NH2)等活性基团,实现灰分与脲醛树脂分子及其中间产物的共聚,从而进一步提高改性胶黏剂的稳定性和环保性能。
因此,吴院士团队坚信“使用解聚木质素分子及接枝改性后的灰分与脲醛树脂共聚,通过木质素小分子与脲醛树脂分子间的缩聚反应,形成杂化交联网络结构。此外,接枝改性后的灰分富含氨基等活性基团,可与脲醛树脂分子中的羟甲基等形成杂化交联结构如‑C‑O‑Si‑键等,进一步优化脲醛树脂原有的分子网络结构,有效替代脲醛树脂合成原料的甲醛和尿素,减少脲醛树脂合成过程甲醛的使用量,并在人造板制造中减少脲醛树脂胶黏剂的用量,从而提高人造板产品的环保等性能。”
刚看完这专利,觉得吴院士团队还是很棒的,直到搜索了其它文献及专利后,内心再次泛起深深的失落感与疑虑:难道中国工程院院士就这么容易当选吗?
话不多说,此处仅呈现几篇文献与专利给各位读者自行参悟:
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