废弃糠醛渣制取酚醛树脂胶黏剂的研究

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酚醛树脂胶粘剂因具有粘接强度高、耐水、耐热、耐磨及化学稳定性好等优点,广泛应用于木材工业中,但是因其成本较高、颜色深、毒性大等缺点限制了酚醛树脂胶粘剂更广泛地应用。为了解决这些问题,本项研究建立了一条新的合成工艺路线,用工业废弃物糠醛渣作为原料,通过浓酸水解生成可利用的还原糖,用糖类代替甲醛或者部分代替,与苯酚合成制备出新型的酚醛树脂胶粘剂。本文优化了糠醛渣浓酸水解制取还原糖、溶剂萃取分离提取还原糖、以及葡萄糖和苯酚进行聚合反应的工艺条件,解决了浓酸水解过程水解液中的糖类和酸分离的问题以及酸回收的问题,并对制备出的葡萄糖-苯酚树脂胶粘剂的各项性能进行了测定。本文首先采用热重分析法对废弃糠醛渣的热解行为及其动力学规律进行了研究。分析了糠醛渣在不同升温速率(5-25℃/min)下热解的规律,发现样品的非等温失重过程是由脱水、半纤维素、纤维素-木质素失重3个阶段组成的。且用Flynn-Wall-Ozawa积分法,Friedman微分法以及Kissinger最大速率法和Satava-Sestak积分法对动力学进行处理。从实验中得到了热解动力学的各种参数,并提出糠醛渣热解在不同升温速率下的动力学方程为反Jander方程,三维扩散,3D。本文用浓硫酸对废弃的糠醛渣进行了水解,制取可以直接利用的还原糖。采用正交化试验法探讨浓H2SO4水解糠醛渣制还原糖的影响因素。糠醛渣在浓H2SO4作用于进行水解,其较佳的工艺条件为:酸固比(质量比)5:1,浸泡时间2.5h,浸泡温度30℃,水解酸浓度35%,水解时间45分钟,水解温度90℃,还原糖产率为92.3%。得到还原糖的产率高于稀酸水解还原糖产率50%,且条件温和。为解决水解液中糖类和酸分离以及浓酸回收的问题,采用了C4-C7的醇作为萃取剂,筛选出了萃取效果较好的萃取剂正戊醇和正庚醇,并用单因素的试验方法考察了水解液酸浓度、萃取级数、振荡时问和温度对萃取效果的影响,确立了水解液酸浓度为35%,萃取级数为3,振荡时间为5min,温度为30℃,为萃取的较优条件。为了验证萃取的准确性,对萃取的精密度和酸回收进行了研究。最终确定正戊醇作为萃取剂较为适宜。采用萃取出来的糖溶液替代甲醛与苯酚在碱性条件下成功地合成出葡萄糖-苯酚树脂胶粘剂,用正交试验方法确定了合成树脂胶粘剂的较优条件:pH值为11、温度为120℃、催化剂(mNH4NO3+mCuSO4)为11g+2.0g,、物料比(nC6H12O6:n C6H6O)为7:1、反应时间为4h,在此条件下,树脂胶粘剂的粘度达到63.4mPa·s。并对合成的树脂胶粘剂的外观、粘度、pH值、固含量、游离苯酚、热稳定性各项性能做了测定,其测定结果表明各项性能指标均达到国标。采用糠醛渣制取的糖类代替甲醛,以此合成的新型树脂胶粘剂符合国家相关要求,不但可以解决酚醛树脂胶粘剂原材料来源的问题,降低了成本,而且还可以降低酚醛树脂胶粘剂中有毒物质甲醛的含量,更重要的是可以解决废弃的糠醛渣带来的一系列环境污染问题。
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