微波辐照促进橡椀栲胶改性的研究

摘要

本论文所研究的植物鞣料——橡椀属于可再生资源，储量丰富，具有广阔的开发利用前景。橡椀栲胶鞣制皮革板硬、不耐水洗、色泽深，历经亚硫酸化、接枝改性、氧化降解等方法改性，仍存在接枝率不高、鞣革收缩温度较低、革面较粗等问题。目前微波广泛应用于化学合成领域，相对于传统的加热方法，微波具有加热速度快、操作方便、产率高、产品易纯化等特点，展示出广阔的应用前景。 本研究采用微波辐照作用于橡椀栲胶的改性过程，来加快反应体系内分子的运动，部分克服酚类基团的阻聚作用，增强接枝改性的几率和频率，提高接枝率。为此，探索研究微波作用于植物鞣制材料改性的影响因素、影响规律及基本反应条件等，为改进橡椀栲胶的鞣制性能，克服常规加热条件下对栲胶进行改性的不足，为研制适合于鞣制轻革的高性能植物鞣剂奠定理论和实验基础，积累科学数据。 本实验在对家用微波炉进行改进设计，在制作出循环式微波实验装置的基础上，通过三种不同方案的探索研究和正交试验，对三种方案的实验操作过程、改性产物性能和鞣制效果进行了全面分析对比，探讨研究了不同方法下进行橡椀栲胶改性的可行性，并最终从三种不同方案中选取一种最佳方案进行扩大橡椀栲胶改性合成实验，以所得产品进行了工艺应用实验。 采用最佳改性方案，分别在微波和常规条件下，对橡椀栲胶和没食子酸进行接枝改性的对比实验研究，分别对改性产物进行分离提纯后作红外光谱和相对分子质量及其分布测定，通过红外光谱图的分析验证改性效果，推测反应机理。 通过分别用微波条件和常规条件下改性的橡椀栲胶进行工艺对比试验，分析测定了鞣制皮革的理化性能，并运用扫描电镜对改性橡椀栲胶所鞣制革坯的组织结构进行观察，分析改性橡椀栲胶在鞣制过程中的渗透情况和鞣制皮革的组织结构变化和粒面观感状况，对其鞣制性能进行了研究。 红外谱图分析结果表明：微波和常规条件下，没食子酸和橡椀栲胶都与丙烯酸(酯)单体发生了接枝共聚反应，两种改性方法对没食子酸接枝共聚差异不大，而对橡椀栲胶的改性则表现出一定的差异。 凝胶渗透色谱分析结果表明：橡椀栲胶分子分布较宽，分子量在1900左右的比例小；常规条件下改性后的橡椀栲胶出现了三个相对分子质量不同的分布范围，其中分子量在770左右的峰所占比例较大；微波条件下接枝改性后橡椀栲胶的相对分子质量及分布较集中，分子量在1900的组分所占比例大。 常规条件和微波条件下改性橡椀栲胶都具有水溶性好、鞣质含量高、渗透快等特点及鞣制所得革坯的各项物理机械性指标均优于未改性橡椀栲胶；微波作用下改性橡椀栲胶鞣制革坯的收缩温度较常规改性条件的提高3℃左右；微波辐照7min即可达到甚至超过常规加热条件下150min改性的效果，具有反应速度快、选择性强、热能利用效率高、清洁无污染等诸多优越性能。 通过对未改性和微波条件下改性橡椀栲胶鞣制革坯的切面和表面扫描电镜观察知，改性橡椀栲胶鞣制时渗透快、分布均匀，革坯纤维分散均匀、间隙可见，革面明显平滑、细致。未改性橡椀栲胶鞣制的革坯纤维粘连，纤维间隙不明显，革面毛孔收缩明显，纹理较深。 比较实验结果，基于实验条件的限制，实验过程中出现微波条件下的接枝率不及常规改性，但实际工艺应用效果显示出：微波条件下的改性橡椀栲胶综合性能优于常规条件改性，所出现的矛盾现象有待深入研究。

目录

文摘

英文文摘

第一章微波辐照促进栲胶改性的研究文献综述

1.1栲胶深度改性研究的现状

1.2微波辐照促进有机合成化学反应的研究状况

1.3课题的提出

第二章微波实验设备的改进设计

2.1微波特性简介

2.2微波辐照加速化学反应的机理

2.3微波实验设备的设计改进

2.4微波实验装置需进一步改进的方向

第三章合成实验及工艺应用研究

3.1合成实验主要材料及仪器设备

3.2主要检测项目及其检测方法

3.3微波辐照促进橡椀栲胶改性的反应原理

3.4微波辐照促进栲胶改性方案的探索

3.4.1微波+NaHSO3-K2S2O8氧化还原探索方案

3.4.2微波+过氧化氢催化探索方案

3.4.3微波+Mannich反应改性探索方案

3.5单因素探索试验中改性产物考查指标的测定

3.6微波辐照促进橡椀栲胶改性方案的优化试验

3.6.1微波+NaHSO3-K2S2O8氧化还原方案的优化

3.6.2微波+过氧化氢方案的优化

3.6.3微波+Mannich反应改性方案的优化

3.7优化试验中改性产物各考察指标的测定

3.8微波辐照促进橡椀栲胶改性方案的选择与扩大合成实验

3.8.1试验方案的选择

3.8.2操作方法

3.8.3扩大合成实验改性产物主要理化指标的测定

3.9接枝改性产物的分析与表征

3.9.1常规加热条件下橡椀栲胶和没食子酸的改性

3.9.2微波辐照条件下橡椀栲胶和没食子酸的改性

3.9.3改性产物的红外结构表征

3.9.4改性橡椀栲胶分子量及其分布的测定

3.10工艺应用试验

3.10.1鞣制革坯性能的测定

3.10.2橡椀栲胶鞣制工艺方案

3.10.3改性橡椀栲胶鞣制效果的组织学分析

第四章结果与讨论

4.1微波辐照促进橡椀栲胶改性探索试验结果分析

4.1.1微波+NaHSO3-K282O8氧化还原探索方案结果分析

4.1.2微波+过氧化氢探索方案结果分析

4.1.3微波+Mannich反应改性探索方案结果分析

4.2微波辐照促进栲胶改性实验方案的优化结果分析

4.2.1改性橡椀栲胶鞣制革坯试样性能的评分标准

4.2.2正交试验结果分析

4.2.2正交试验结果分析 4.2.2.1微波+NaHSO3-K2S2O8氧化还原方案正交试验结果分析

4.2.2正交试验结果分析 4.2.2.2微波+过氧化氢方案的优化结果分析

4.2.2正交试验结果分析 4.2.2.3微波+Mannich反应改性方案结果分析

4.3微波辐照促进橡椀栲胶改性方案的选择与扩大合成实验

4.3.1优化方案的对比及总结

4.3.2改性橡椀栲胶主要理化指标的测定结果

4.4微波辐照作用下橡椀栲胶接枝改性产物的分子结构分析

4.4.1红外结构表征

4.4.2分子量及其分布的结果与分析

4.4.3接枝点及接枝反应机理的推测

4.5工艺应用实验结果分析

4.5.1微波辐照改性、常规改性及未改性橡椀栲胶鞣制试验结果分析

4.5.2改性橡椀栲胶鞣制效果的组织学分析结果

第五章总结

5.1结论

5.2存在问题

参考文献

致谢

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