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木质素是一种天然大分子有机物,在植物界的含量仅次于纤维素,是一种重要的可再生资源,随着世界资源危机日益严重和对生态环境要求的日益提高,木质素及其衍生物的研究与应用受到国内外广泛重视。酚醛树脂(phenol-formaldehyde resin以下简称PF胶)是一种优良的室外级人造板材胶粘剂,它具备胶粘强度高、耐候性好、耐水性强等特性,但是,酚醛树脂存在原料成本高且原料来源不可再生等缺点。麦草碱木质素(wheat straw soda lignin,以下简称WSSL)主要来源于制浆造纸废液,本文将WSSL应用于酚醛树脂胶粘剂的制备,制成木质素-酚醛树脂(lignin-phenol-formaldehyde resin以下简称LPF胶)胶粘剂,以WSSL代替部分价格昂贵的苯酚合成高分子材料,具有一定的社会和经济意义。
利用红外光谱、元素分析、热重法(Thermogravimetry以下简称TG)等对WSSL化学结构和热性质进行了研究。结果表明WSSL中含有较多的酚羟基,适合LPF胶的合成。研究了不同的条件下WSSL与甲醛的反应活性,研究发现随着反应时间的延长、反应温度的升高,甲醛的消耗量增加。通过对与甲醛反应前后WSSL在碱性溶液中粘度特性的研究,发现与甲醛反应后WSSL在碱性溶液中的粘度增大。
其次,以WSSL取代部分苯酚合成LPF胶。以胶粘强度和游离甲醛为性能指标,主要研究了在50%替代率和70%替代率下不同的反应参数对胶体性能的影响,优化了反应参数,50%替代率下LPF胶反应参数确定为:氢氧化钠用量4.0%,甲醛/木质素比例8%,反应终点粘度200cp左右,反应体系浓度45%。70%替代率下LPF胶反应参数确定为:氢氧化钠用量5.0%,甲醛/木质素比例12%,反应体系浓度42%。分别对WSSL进行脱糖提纯和羟甲基化改性合成粘合剂,研究了这两种处理方法对LPF胶性能的影响,制备了不同替代率的LPF胶,结果表明羟甲基化改性后制备的LPF胶性能更好,在替代率为70%的条件下胶粘强度达到1.87MPa大于未改性的1.52MPa。而脱糖提纯对胶粘剂的性能影响不大。直接用黑液代替WSSL合成了LPF胶,制备的黑液LPF胶比直接用WSSL合成的LPF胶性能差,在50%和70%的替代率下胶粘强度分别为1.72MPa和1.3MPa,可满足国标中对Ⅰ类胶合板的生产要求。本文还研究了不同工艺参数对LPF胶贮存稳定性的影响,发现替代率的提高,碱用量的减少,胶体固含量的增加都会导致胶体贮存稳定性变差,在测试范围内甲醛用量对贮存稳定性影响不大。
最后,差示扫描量热法分析表明,LPF胶的缩聚起始峰温度小于PF,LPF与PF相比,整个放热峰向低温方向移动。因此,LPF胶比PF易凝胶,贮存稳定性比PF差,但是同时表明LPF胶的固化温度较低,固化速度会快于PF胶,这意味着LPF胶在制胶合板的过程中使用的热压温度也低。和提纯WSSL合成LPF胶、LPF胶相比,在70%替代率下羟甲基化LPF胶的DSC固化放热峰最明显。