第1章 緒論

1.1 酚醛樹脂

早在1872年德國化學(xué)家拜爾發(fā)現(xiàn)酚類和醛類在酸的催化作用下會產(chǎn)生結(jié)晶產(chǎn)物及無定形棕紅色樹脂產(chǎn)物。隨后一批科學(xué)家（Hirano、Asami,2013）發(fā)現(xiàn)通過鹽酸催化合成了酚醛樹脂狀物質(zhì)，但認(rèn)為此種樹脂物質(zhì)不可能固化結(jié)晶，難以產(chǎn)生實(shí)際應(yīng)用價值。直到20世紀(jì)開始，由于電力的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，電力工程急需一種高性能絕緣材料取代之前來源有限的天然絕緣材料蟲膠（Shellac），酚醛樹脂因此得以進(jìn)一步深入研究。20世紀(jì)初，美國科學(xué)家巴克蘭（Pilato,2013）申請了“加壓-加熱”酚醛樹脂固化專利，并成立了巴克蘭公司，隨后申請了400多個酚醛樹脂應(yīng)用相關(guān)專利，基本上解決了酚醛樹脂在工業(yè)上應(yīng)用的技術(shù)問題。

20世紀(jì)中期，酚醛樹脂的合成工藝得到進(jìn)一步完善，綜合性能的提高使得改性酚醛樹脂開始進(jìn)入各個領(lǐng)域，如阻燃、絕緣、浸漬、膠黏劑等。21世紀(jì)后，酚醛樹脂的發(fā)展相對穩(wěn)定，美國的酚醛樹脂產(chǎn)量維持在2100萬噸/年左右。中國已在酚醛樹脂方面有近60年的發(fā)展歷史，但較世界先進(jìn)技術(shù)仍然存在較大差距，每年仍然需要進(jìn)口較大數(shù)量的高性能酚醛樹脂。中國是木質(zhì)人造板產(chǎn)業(yè)大國，而酚醛樹脂膠黏劑又是木制品的重要原材料之一，因此制備高性能酚醛樹脂對木材工業(yè)的發(fā)展具有重大意義（顧繼友，1999；隋月梅，2011）。

面對全球氣候變化、生態(tài)環(huán)境惡化和能源資源安全等問題的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，世界很多國家在倡導(dǎo)綠色低碳發(fā)展。木材作為一種可再生的生物質(zhì)材料，具有綠色、低碳、環(huán)保等特性。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對于居住環(huán)境的要求越來越高。尤其是近幾年來，木結(jié)構(gòu)建筑越來越受到人們關(guān)注。目前，澳大利亞、日本、北美、歐洲等國家和地區(qū)在木結(jié)構(gòu)建筑方面的研究與應(yīng)用處于世界領(lǐng)先地位（楊學(xué)兵，2017）。隨著我國綠色低碳、節(jié)能環(huán)保政策的不斷深入，木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展非常迅速，木結(jié)構(gòu)建筑的數(shù)量迅速增大，木材的需求量不斷上升；然而，我國的木材資源匱乏，這使得木材需求量增大與木材資源緊缺之間的矛盾也日益突出。根據(jù)資料顯示，2014年我國的木材供應(yīng)缺口已超過2.7億m3（張偉，2014）。而木材的高效利用是解決上述矛盾的有效措施。十幾年來，我國人造板行業(yè)發(fā)展迅猛，連續(xù)多年成為世界人造板生產(chǎn)第一大國，2015年人造板產(chǎn)量為2.87億m3（朱光前，2017）。

當(dāng)前，中國人造板產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的主要問題是如何進(jìn)行行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)型升級和提高產(chǎn)品質(zhì)量，而不再是速度問題（錢小瑜，2015）。木材膠黏劑是人造板質(zhì)量問題的關(guān)鍵所在，目前，脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂和酚醛樹脂仍然是我國人造板工業(yè)生產(chǎn)的主要用膠。人造板主要包括膠合板、刨花板和纖維板，其生產(chǎn)過程中使用的膠黏劑主要以脲醛樹脂為主。使用脲醛樹脂是因其具有成本低、能低溫快速固化、操作工藝簡單且具有優(yōu)良的膠接性能等。然而，用脲醛樹脂生產(chǎn)的人造板往往甲醛釋放量高、耐水性和耐候性能差。三聚氰胺甲醛樹脂在使用過程中存在低溫易凍結(jié)、保存性差以及膠膜易于發(fā)脆等缺點(diǎn)（顧繼友，1999）。酚醛樹脂在木材加工領(lǐng)域中的使用量僅次于脲醛樹脂，它具有優(yōu)異的耐沸水性能和耐候性能，使其在戶外用木制品方面具有脲醛樹脂無法比擬的優(yōu)勢（李建章，2003，時君友，2004；范東斌，2009）。

隨著木結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，戶外用人造板需求量不斷上升，酚醛樹脂膠粘劑的用量顯著上升，展示出廣闊的發(fā)展前景。酚醛樹脂由于受石油資源緊缺的影響，價格長期處于高位；且其固化溫度高和固化速率慢，這些特性很大程度上制約了它在木材工業(yè)中更為廣泛的應(yīng)用（范東斌，2008）。因此，酚醛樹脂改性的一個重要方向是：合成具有低成本、低溫快速固化特性的改性酚醛樹脂。另外，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，在高新技術(shù)領(lǐng)域，對酚醛樹脂提出了更高的要求，特別是對其環(huán)保、可再生性能方面的要求（胡思海，2009；陳建國，2015）。