利用苯酚液化落叶松树皮制备树皮基胶粘剂及其表征研究

摘要

树皮作为林产工业中的一种剩余物，其主要成分是纤维素、木素、半纤维素以及少量的抽提物（如单宁）。随着石油资源的逐渐减少和人们对生存环境要求日益提高，对于树皮等天然生物材料的加工利用并替代部分石化产品或材料等研究已逐渐受到人们的关注。
　　落叶松树皮本身含有较多的单宁等多酚类物质，而且在东北地区具有极为丰富的落叶松林资源。本文采用常规分析方法结合差示扫描量热仪(DSC)、凝胶渗透色谱(GPC)、核磁共振（1H-NMR和13C-NMR），主要研究苯酚液化落叶松全树皮制备木材加工用胶粘剂的制造工艺问题，重点研究了不同加碱次数、不同加碱量、不同液化催化剂对液化落叶松树皮胶粘剂性能的影响，在此研究基础上进一步探索了不同催化剂对落叶松树皮液化产物结构的影响，结果表明:
　　1)采用不同加碱次数工艺制备树皮基胶粘剂时，两次加碱工艺以上的树皮胶固化速率快，但也有很多缺点，如游离醛含量高、胶合板甲醛释放量高和较低的湿剪切强度。而两次加碱工艺制备的树皮胶游离醛含量最低、胶合板甲醛释放量低和可以接受的热固化速率以及较高的湿剪切强度。
　　2)不同加碱量对树皮胶性能影响很大，采用第三批加碱量为0％、2％、4％和6％来制备树皮胶，第三批碱加入0％NaOH制备的树皮胶J-2的储存期为40天，其性能优于J-3、J-4和J-5。该性能满足了商业化应用的要求，可与参比酚醛树脂相媲美，胶合板的湿剪切强度高，固化快，胶合板的甲醛释放量低于GB18580-2004的E0级和JIPC-EW.SE001-01的FC0级的0.5 mg/L的标准。
　　3)液化催化剂种类对液化树皮及树皮胶的性能影响很大，树皮胶的储存期随着复合催化剂中磷酸比例增加而有所增加;复合催化剂制备的树皮胶综合性能优于由硫酸单独液化落叶松树皮制备的树皮胶性能;采用硫酸∶磷酸∶对甲基苯磺酸=1∶1∶1制备树皮胶制备的胶合板性能优异而且所制各的树皮胶的储存期最长，可用于工业化生产。
　　4)不同催化剂的液化能力不同，对液化产物结构及官能团影响也很大:硫酸液化能力最好，对甲基苯磺酸次之，磷酸最弱，三者按一定比例混合可以得到液化效果较好的复合催化剂;液化产物均能与甲醛发生反应，每克硫酸∶磷酸=1∶1液化产物的甲醛消耗量最大为0.7052g;复合催化剂酸性大时，液化产物结合酚含量也大，即有更多的苯酚连接在树皮大分子上。
　　总之，本研究最终得出一种较好的制胶工艺，实现落叶松树皮全树皮利用的目的，树皮液化率达95％。无需再处理液化产物可直接用于合成树皮基胶粘剂时，可以替代近30％的苯酚。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外木质生物质材料液化方法及其研究发展历史

1．2．1 木材的结构

1．2．2 木质材料液化的热化学方法及其发展

1．2．3 木质生物质材料溶剂液化机理研究现状

1．2．4 木质生物质材料的液化影响因素

1．2．5 木质生物质材料液化产物的表征

1．2．6 木质生物质材料液化产物的利用

1．2．7 木质生物质材料液化的意义

1．3 我国落叶松树皮资源及其利用情况

1．4 落叶松树皮液化的研究进展

1．4．1 液化树皮制胶粘剂在国内外的研究

1．4．2 液化树皮制树皮—苯酚—甲醛(BPF)胶粘剂的意义

1．5 研究的内容与意义

2 实验仪器、试剂及方法

2．1 主要实验仪器及试剂

2．1．1 主要仪器设备

2．1．2 主要试剂及其性质

2．2 实验方法

2．2．1 落叶松树皮的液化

2．2．2 落叶松树皮液化产物的性能研究

2．2．3 树皮基胶粘剂的制备

2．2．4 树皮基胶粘剂性能测试

3 树皮基胶粘剂制备与表征

3．1 不同加碱次数对树皮胶粘剂性能的影响

3．1．1 不同加碱次数对树皮基胶粘剂物性的影响

3．1．2 不同加碱次数对树皮基胶粘剂固化速度的影响

3．1．3 不同加碱次数对树皮基胶粘剂分子量分布的影响

3．1．4 不同加碱次数对树皮基胶粘剂胶合板性能的影响

3．1．5 小结

3．2 不同加碱量对树皮基胶粘剂性能的影响

3．2．1 不同加碱量对树皮基胶粘剂物性的影响

3．2．2 不同加碱量对树皮基胶粘剂分子量分布的影响

3．2．3 不同加碱量对树皮基胶粘剂胶合板性能的影晌

3．2．4 小结

3．3 不同催化剂对树皮基胶粘剂性能的影响

3．3．1 不同催化剂对树皮基胶粘剂物性的影响

3．3．2 不同催化剂对树皮基胶粘剂分子量分布及储存期的影响

3．3．3 不同催化剂对树皮基胶粘剂活化能和碰撞因子的影响

3．3．4 不同催化剂条件下的树皮基胶粘剂制备胶合板性能评价

3．3．5 小结

3．4 不同催化剂对落叶松树皮液化产物结构影响的初步探索

3．4．1 不同催化剂对液化产物液化率的影响

3．4．2 不同催化剂对液化产物与甲醛反应能力的影响

3．4．3 不同催化剂对液化产物中结合酚含量的影响

3．4．4 不同催化剂对液化产物羟基含量的影响

3．4．5 不同催化剂液化产物分子量及其分子量分布

3．4．6 不同催化剂对液化产物的13C-NMR分析

3．4．7 小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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