杉木粉液化与杉木粉/SiO杂化陶瓷材料的研究

摘要

杉木是一种是优良的速生用材树种,在我国种植面积广泛.但由于技术上的原因,木材加工剩余物的利用率很低,不仅造成浪费也对环境产生影响.本文以杉木粉为原料,通过使用液化、杂化等方法对杉木粉进行利用,以提高杉木的利用率. 本文的工作主要集中在以下几个方面: 一、以硫酸为催化剂苯酚为液化剂进行杉木粉液化,研究了反应温度、液比(苯酚/木粉的质量比)和催化剂用量对杉木粉液化效率的影响.结果表明随着反应温度的升高,液化产物残渣率下降,液化效率提高;液比对残渣率的影响在低液比范围内更加敏感,液比由0.5提高到1.5,杉木液化产物的残渣率有显著的降低;随着催化剂用量的增加,杉木粉液化反应的液化产物残渣率降低,液化反应的效率提高,在低用量范围内(0.5﹪～2﹪),效果更加明显. 二、以液化产物为主要原料,采用两步法制备出酚醛树脂,研究了液化产物残渣含量对酚醛树脂性能的影响.结果表明随着液化产物残渣率含量的上升,树脂的粘度增大,固含量降低:在残渣含量比较低时,制备的酚醛树脂能够满足普通酚醛树脂的使用要求. 三、以杉木粉为原料和正硅酸乙酯(TEOS)为无机前驱体,依据溶剂热法反应原理,采用溶胶.凝胶的方法制备了杉木粉/SiO<,2>杂化材料.通过红外光谱分析、X射线衍射分析、热失重分析、扫描电子显微镜分析等方法,研究了该杂化材料的结构和性能.结果表明使用这种方法,木材的增重率显著提高;木材中的羟基与正硅酸乙酯水解后的羟基发生了缩合反应,体系中存在Si-O-C交联网络,微观上形成了纳米网络结构;木质纤维素的结晶被破坏,结晶度显著下降;交联网络的形成显著提高了该材料的耐热性能,而吸水性则显著下降. 四、以杉木粉/SiO<,2>杂化材料为原料,在真空中高温烧结,制备了木材陶瓷.并用红外光谱、X射线衍射和扫描电子显微镜分析等分析方法研究了该木材陶瓷的结构.结果表明该木材陶瓷主要由SiO<,2>和C组成,是一种多孔性材料,其平均孔径约为140μm.随着杂化材料中SiO<,2>含量地增加和碳化温度地升高,木材陶瓷中四方晶系的SiO<,2>含量也相应增加.

目录

文摘

英文文摘

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致谢

第1章绪论

1.1引言

1.2木材的特点

1.2.1木材的组成

1.2.2木材的结构

1.2.3木材是良好的环境材料

1.3木材利用中的问题

1.3.1木材供需矛盾突出

1.3.2木材的利用率低

1.4杉木是我国重要的人工林树种

1.5木材液化技术

1.5.1木材液化方法

1.5.2木材液化产物的树脂化

1.6有机无机杂化材料的分类及合成方法

1.6.1有机无机杂化材料的分类

1.6.2有机/无机杂化材料的合成方法

1.6.3溶胶-凝胶法

1.7陶瓷化木材

1.8木材陶瓷

1.9研究的内容和意义

1.9.1研究内容

1.9.2研究意义

第2章杉木粉液化研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验药品与仪器

2.2.2实验步骤

2.3结果与讨论

2.3.1液化机理

2.3.2工艺条件对液化反应的影响

2.3.3反应温度对液化反应的影响

2.3.4液比对液化反应的影响

2.3.5催化剂(低浓硫酸)用量对液化反应的影响

2.3.6液化产物的红外分析

2.3.7液化产物残渣的结构分析

2.3.8液化产物残渣率对液化产物粘度的影响

2.4本章小结

第3章杉木粉液化产物树脂的合成研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验药品与仪器

3.2.2实验步骤

3.3结果与讨论

3.3.1酚醛树脂的合成机理

3.3.2酚醛树脂的结构分析

3.3.3液化产物残渣率对树脂粘度和固含量的影响

3.3.4液化产物残渣率与酚醛树脂残碳率的关系

3.4本章小结

第4章杉木粉/二氧化硅杂化材料的制备研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验药品与仪器

4.2.2实验步骤

4.3结果与讨论

4.3.1杂化材料的制备原理

4.3.2木材的增重率分析

4.3.3杂化材料的红外分析

4.3.4杂化材料的XRD分析

4.3.5杂化材料的热分析

4.3.6杂化材料断面的形貌分析

4.3.7杂化材料的吸水性

4.4本章小结

第5章木材陶瓷的制备研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1实验药品与仪器

5.2.2实验步骤

5.3结果与讨论

5.3.1实验原理

5.3.2木材陶瓷的红外分析

5.3.3不同碳化温度对木材陶瓷结构的影响

5.3.4杉木粉/SiO2杂化材料的增重率对木材陶瓷结构的影响

5.3.5木材陶瓷的断面扫描电镜

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文