人工林杉木、杨木的苯酚液化及其产物的树脂化研究

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本文通过分析人工林杉木(Cunninghamia lancedata(Lamb)Hook.)和杨木(Populus×euramericana(Doda)Guineir cv.′I-214′)在硫酸做催化剂时在苯酚中的液化情况,研究了反应时间、反应温度、液比和催化剂用量对液化反应的速率、效率及液化产物分子特征的影响。初步探讨了液化产物的树脂化合成工艺,分析了液化产物残渣含量及甲醛/苯酚摩尔比对液化产物树脂物理、化学性能和分子特征的影响。参照国标对树脂的胶合性能进行了评价,得到如下结论:1、反应时间是影响木材液化的重要因素。随着反应时间的延长,杉木和杨木液化产物的残渣含量减少,当反应时间达到一个定值时,残渣含量最终趋于一定值,液化效率也趋于一定。反应时间延长,杨木液化产物的平均分子量及分子量分布先减小后增加,杉木液化产物的平均分子量增加,分子量分布曲线与杨木类似,先降低后升高,最终趋于稳定。2、反应温度对杉木和杨木液化反应的效率,液化产物的分子特征有重要影响。随着反应温度的升高,液化反应速度加快,液化反应效率提高。在低温反应阶段,随着温度的升高,杉木和杨木液化产物的平均分子量及分子量分布曲线略有下降,在高温反应阶段,随着温度的升高,液化产物的平均分子量及分子量分布曲线随之上升。3、液比对木材的液化反应有着极为显著的影响。杉木和杨木液化反应的效率随液比的增大而增大,一般来说,残渣含量在低液比范围内更敏感。液比决定着杉木和杨木液化产物的分子量分布,在高液比时,液化产物的分子量迅速达到稳定,且处于低分子量和窄分子量分布范围。杉木和杨木液化产物的平均分子量和分子量分布随液比的升高而减小。4、硫酸做催化剂能显著降低杉木和杨木液化反应的温度。随着催化剂用量的增加,杉木和杨木液化产物的残渣含量降低,液化反应的效率提高。催化剂用量对液化反应的形式和液化产物的分子特征也有很大的影响,催化剂用量增大,杉木和杨木液化产物的平均分子量增大,分子量分布变宽。5、液化临界反应时间由反应温度、液比和催化剂用量等因素共同决定,可以作为木材液化反应的一个综合性的评价指标。杉木和杨木的液化临界反应时间均随着反应温度的升高,液比的增加,催化剂用量的增加而缩短。6、杉木和杨木液化产物的树脂化合成实验结果表明,延长低温阶段的反应时间有利于树脂化合成反应均匀的进行。增加氢氧化钠的用量,并降低其浓度能提高液化产物的溶解性,显著降低树脂的粘度。采用一次缩聚的投料方式能简化操作工艺,缩短合成时间。根据改进后的配方合成的杉木和杨木液化产物树脂为棕<WP=5>褐色不透明均匀黏液。粘度分别为666 mPa·s和713 mPa·s,pH值分别为11.47和11.36,固体含量分别为52.7%和52.9%,聚合时间分别为232s和200s,游离甲醛含量分别为0.23%和0.22%,游离苯酚含量分别为0.81%和0.56%。7、随着液化产物残渣含量的升高,杉木和杨木液化产物树脂的粘度增大。过滤残渣的液化产物制备的树脂与不过滤残渣的液化产物制备的树脂相比,粘度较低,固体含量较高,聚合时间较短,游离甲醛含量略高,游离苯酚含量显著降低。除了聚合时间和游离甲醛含量,其它各项指标的差值均随残渣含量的升高而增大。过滤掉残渣的液化产物制备的树脂的平均分子量和分子量分布均远远大于不过滤残渣的液化产物制备的树脂。8、随着甲醛/苯酚摩尔比的增加,杉木和杨木液化产物树脂的粘度增加,聚合时间缩短、游离甲醛含量略有升高,游离苯酚含量显著降低。在甲醛/苯酚的摩尔比较低的时候,增大摩尔比能有效的降低树脂的游离苯酚含量。甲醛/苯酚摩尔比的改变对液化产物树脂的分子特征有重要影响,随着甲醛/苯酚摩尔比的增加,杉木和杨木液化产物树脂的平均分子量和分子量分布均随之增大。9、液化产物的残渣含量对杉木和杨木液化产物树脂的胶合性能影响显著。过滤残渣的液化产物树脂制备的胶合板的胶合强度和木破率要大于不过滤残渣的液化产物树脂制备的胶合板,残渣含量较高的时候,其差别比残渣含量低的时候更为明显。10、甲醛/苯酚摩尔比的改变对液化产物树脂的胶合性能有重要影响,随着甲醛/苯酚摩尔比的增加,杉木和杨木液化产物树脂胶合板的胶合强度和木破率均增大。在甲醛/苯酚摩尔比较低的时候,提高摩尔比能显著提高液化产物树脂胶合板的胶合强度。11、在同样的液化条件下,杉木的液化效率高于杨木。杨木的液化反应对反应温度、液比、催化剂用量的改变更敏感。同样的树脂化合成条件下,杨木液化产物树脂的游离甲醛含量和游离苯酚含量均低于杉木液化产物树脂,所对应的胶合板的胶合强度低于杉木液化产物树脂胶合板的胶合强度。论文内容是国家“十五”科技攻关项目“主要用材树种木材高效利用技术”的子课题“木材液化技术”的一部分。
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