微波水熱法堿活化降解木質(zhì)素及木質(zhì)素基酚醛樹脂的制備.pdf

1、木質(zhì)素做為含量僅次于纖維素的天然高分子化合物，它的高值化利用對于新能源開發(fā)、化工原料替代和環(huán)境保護(hù)等方面都具有非常積極的意義，然而天然木質(zhì)素結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分子量一般在幾萬到幾十萬之間，反應(yīng)活性較低，因此長期以來無法對其進(jìn)行充分利用，是一種極大的能源浪費(fèi)。本論文以禾草類玉米芯木質(zhì)素為研究對象，利用其分子中大量存在的醚鍵在不同堿性催化劑催化下的斷裂反應(yīng)，得到低分子量、多羥基官能團(tuán)的活性降解產(chǎn)物，用以替代酚醇類物質(zhì)制備木質(zhì)素基酚醛樹脂（LPF），

2、實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素的資源化利用。
　　首先，根據(jù)國內(nèi)禾草類植物產(chǎn)量豐富的特點(diǎn)，選取玉米芯木質(zhì)素為研究對象。采用元素分析、GPC、FT-IR、UV、1H-NMR、TG等分析手段分析了原料玉米芯木質(zhì)素的元素組成、官能團(tuán)結(jié)構(gòu)、酚羥基數(shù)量、熱分解性能等。研究結(jié)果表明原料木質(zhì)素的分子量較大，分子量分布較為寬泛，難以直接用于酚醛樹脂的合成。木質(zhì)素中有著較高的苯環(huán)含量，同時(shí)由于氫、氧元素在木質(zhì)素中所占相對比重較大，因此醚鍵、甲氧基、羥基等特征官能團(tuán)的相

3、對含量也較高。
　　其次分別以NaOH、KOH傳統(tǒng)堿為催化劑，在微波輔助下水熱活化降解木質(zhì)素。探究了微波與常規(guī)加熱方法，反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、木堿比等因素對木質(zhì)素堿活化降解反應(yīng)的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，木質(zhì)素的堿活化降解反應(yīng)主要發(fā)生的是醚鍵的水解斷裂，生成了新的酚羥基衍生物，微波加熱可以大幅度提高活化降解反應(yīng)的速度與效率。同時(shí)確立了這兩種不同堿微波水熱降解木質(zhì)素的最優(yōu)工藝條件：反應(yīng)溫度160℃，反應(yīng)時(shí)間45 min，木堿比1:1，在

4、此條件下木質(zhì)素的重均分子量分別降低到2100和1840，酚羥基含量分別增加58.4％和50.8%。
　　采用浸漬法制備出負(fù)載型CaO/MgO和KOH/SBA-15固體堿催化劑，在微波輔助下采用固體堿活化降解木質(zhì)素。優(yōu)化了固體堿催化劑制備條件，同時(shí)考察了兩種固體堿在不同的實(shí)驗(yàn)條件下的降解效率。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，固體堿的堿度越大，催化效率越大，在最佳制備工藝條件下CaO/MgO固體堿的堿度最高可達(dá)29.2， KOH/SBA-15固體堿的堿度最

5、高可達(dá)18.9。同時(shí)降解產(chǎn)物的表征結(jié)果表明，與玉米芯木質(zhì)素相比，降解木質(zhì)素的酚羥基含量明顯升高，增長量最高分別可達(dá)78.2%和70.2%，甲氧基含量降低，分子量及其分布系數(shù)也有一定程度的降低，同時(shí)降解反應(yīng)后木質(zhì)素分子更加簡單均一，木質(zhì)素的活性官能團(tuán)酚羥基數(shù)量提升，反應(yīng)活性得到增強(qiáng)，使其更適用于制備木質(zhì)素基酚醛樹脂膠。
　　最后使用降解改性后的玉米芯木質(zhì)素替代和部分替代苯酚，合成LPF膠，并對LPF膠的基本性能進(jìn)行檢測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明