工业碱木质素羟甲基化改性研究

羟甲基化可以显著提高碱木质素的羟基含量,是增强木质素反应活性的有效改性方法。为提高碱木质素的反应活性并分析碱木质素结构变化,笔者通过红外光谱(FTIR)、碳谱(DEPT 135)和异核单量子关系(HSQC)对羟甲基化木质素和原料木质素的结构分别进行表征,分析碱木质素在羟甲基化反应过程中结构变化,并对反应过程进行初步探索和验证。研究结果表明:在碱性条件下,木质素对羟基肉桂酸单元(PCA)、阿魏酸单元(FA)侧链上C_7、C_8双键,对羟基苯基单元(H)的C-3、C-5,愈创木基单元(G)的C-5和甲醛发生加成反应,形成羟甲基,而木质素的其他结构单元,如:紫丁香基单元(S)、β-O-4醚键结构(A)、苯基香豆满(C),并不能和甲醛发生反应。碱木质素改性的最优条件为:反应温度80℃,反应时间3h,pH为11,m(碱木质素)∶m(甲醛)为6∶1。在最优条件下得到的羟甲基化碱木质素的羟甲基质量分数为2.32%。本研究结果可为羟甲基化碱木质素基新材料的进一步研究和开发提供参考。     

改性木粉/碱木质素在橡胶中的应用研究

为提高木材附加值及制浆造纸废液中碱木质素的利用率,以木粉、碱木质素为填料,未硫化胎面橡胶为基体,采用橡胶机械混炼-硫化工艺制备了生物质/橡胶复合材料。研究了Si69改性木粉与碱木质素的不同配比对复合材料理化性能的影响,并对复合材料的力学性能、硫化性能、门尼黏度、微观界面和动态力学性能进行了表征。结果表明:改性木粉与碱木质素作为填料制备的橡胶复合材料,其物理性可满足工业用橡胶板国家标准GB 5574—2008使用要求。当改性木粉与碱木质素质量比为2∶1时,复合材料拉伸强度最大,为4.6 MPa;当改性木粉与碱木质素质量比为1∶2时,断裂伸长率最高,为778%。复合材料的门尼黏度以及硫化时间随碱木质素含量的增多而增大。加入碱木质素降低了复合材料的动态储能模量,且加入过多的碱木质素导致复合材料的玻璃化转变温度升高,而玻璃化温度的升高使得橡胶的最低工作温度升高。     

麦草碱木质素改性聚氨酯的老化降解性能研究

对麦草碱木质素改性聚氨酯薄膜(PUF)的热稳定性、热水稳定性、紫外光降解性能进行了测定.实验结果表明,加入20%碱木质素的聚氨酯薄膜与不含木质素的PUF相比:热氧化后的拉伸强度保留率由纯聚氨酯的89.3%提高到132.0%,拉伸率保留率由19.6%提高到66.3%;紫外光老化28 d后的拉伸率保留率由纯聚氨酯的9.4%提高到48.6%;热水老化后的拉伸强度保留率由74.8%提高到了95.5%;但加入碱木质素后PUF的耐碱性显著降低.     

毛竹纤维表面化学改性对竹塑复合材料力学性能的影响

采用Na OH、Na2Si O3和Na HSO3三种溶液对毛竹(Phyllostachys heterocycla cv.pubescens)纤维进行表面改性,并利用改性竹纤维生产竹塑复合材料,比较分析复合材料力学性能、热稳定性等性质。结果表明,化学改性后竹纤维在聚氯乙烯(PVC)中的分布更加均匀,竹纤维PVC复合材料界面相容性增加;随着改性溶液按0.5%、1%、2%、5%、10%的处理浓度增加,PVC基复合材料拉伸强度、静曲强度和弹性模量分别呈现先增大后减小的趋势,5%Na2Si O3处理的PVC基复合材料拉伸强度达到最大值,2%Na OH处理的PVC基复合材料静曲强度最大,5%Na OH处理的PVC基复合材料弹性模量最大;当处理溶液的p H值在13.3~13.5时,制备的PVC基复合材料的拉伸强度、静曲强度、弹性模量均达到该处理条件下的最大值。     

马来酸酐接枝PP/PE共混物及其木塑复合材料

通过聚丙烯(PP)与聚乙烯(PE)机械混合来模拟废旧塑料混合物,利用马来酸酐(MAH)对PP/PE混合物进行接枝改性,然后以接枝共混物作为基体与木纤维复合制备木塑复合材料。通过对比接枝前后的红外光谱图,证明MAH已成功接枝在PP/PE共混物上。力学测试结果显示:基体经过接枝改性后,复合材料的弯曲强度和无缺口冲击强度均大幅度升高,当MAH用量为1%时,弯曲强度提高了50.4%,无缺口冲击强度提高了90.8%,而以废旧塑料为原料制备的复合材料的弯曲强度和无缺口冲击强度分别提高40.2%和53.4%。微观相形态分析表明:通过接枝改性不仅改善了PP/PE共混体系的相容性,同时也显著改善了木纤维与PP/PE共混物之间的界面结合状况,因而宏观上表现为力学性能提高。这表明,共混接枝改性方法可能是利用混合废旧塑料制备高性能木塑复合材料的一条可行途径。     

杂化硅/膨胀石墨制备阻燃硬质聚氨酯泡沫的研究

制备无卤阻燃剂——杂化硅，并与膨胀石墨复配，用羟甲基化木质素替代部分聚醚多元醇，通过一步法制备阻燃硬质聚氨酯泡沫（RPUF）。结果表明：阻燃剂在聚氨酯体系中混合均匀，泡孔大小均匀。通过极限氧指数测试试样的阻燃等级，试样达到难燃材料。通过热重-差热综合分析研究试样的热分解过程，测试表观密度、压缩强度和导热系数研究试样的物理力学性能。当羟甲基化木质素用量为8%，杂化硅用量为14%，膨胀石墨用量为6%时，改性材料的极限氧指数最高可达到29.6%；试样的表观密度为41.0～45.0 kg/m³，导热系数为0.019～0.026 W/（m·K）；压缩强度分布为0.190～0.240 MPa。     

苄基化木粉与塑料界面相容性研究

采用氯化苄对木粉进行改性,探讨了苄基化木粉的表面自由能、极性和热塑性,并测试了苄基化木塑复合材料的拉伸强度和静曲强度。结果表明,苄基化木粉自由能低、极性小,与塑料的相容性好、热塑性好,苄基化木塑复合材料的强度高。     

芦苇纤维用量对芦苇纤维/聚乙烯(PE)复合材料力学性能的影响

以芦苇纤维作为增强体，以高密度聚乙烯(HDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)共混物作为基体，制备芦苇纤维/聚乙烯(PE)复合材料。探讨了芦苇纤维用量对复合材料力学性能以及微观结构的影响。结果表明：当LLDPE和HDPE的质量比为30∶70、芦苇纤维用量为30%时，所得复合材料的综合性能较好；静曲强度达到最高值25.9 MPa,较PE共混材料提升了12.1%;拉伸强度达到最高值22.3 MPa,较PE共混材料提升了14.4%;冲击强度为6.7 KJ·m^-2。     

双酚A环氧树脂/双氰胺/2-甲基咪唑体系研究

为研究中温固化环氧树脂固化体系改善常见高温固化环氧树脂的应用受限及不足,笔者以双氰胺(DCD)为环氧树脂固化剂,2-甲基咪唑(2-MI)为促进剂,通过溶剂交换和熔融共混相结合的方法制备了环氧树脂/2-甲基咪唑/双氰胺的改性环氧树脂复合材料。试验通过添加不同质量分数的2-MI分析环氧树脂性能的变化。采用冲击、拉伸性能测试、热重分析(TGA)和扫描电镜(SEM)方法研究了复合材料的力学性能、热稳定性及断面形貌。结果表明,2-MI的加入可有效改善体系的拉伸和冲击强度,且加入质量分数为0.4%~0.5%时最佳,断裂伸长率显著提升,起到明显增强和增韧作用。扫描电镜显微镜分析结果表明,加入固化剂的环氧树脂复合材料界面黏合性更好,但2-MI的加入量对体系热稳定性无明显影响。     

低游离甲醛羟甲基化木质素磺酸盐-酚醛复合胶黏剂研究

以工业木质素为原料,采用羟甲基化反应提高木质素反应活性,确定了羟甲基化反应木质素和催化剂的最佳配比:木质素与甲醛质量比为3:1、催化剂用量为0.25%(以木质素原料计).并用FT-IR和13C NMR对羟甲基化反应结果进行了分析.通过羟甲基化木质素磺酸盐(HLF)与酚醛树脂(PF)共混制得木质素酚醛树脂(LPF)胶黏剂.实验结果表明,该胶具有制备工艺简单、游离甲醛低的特点,用HLF替代40%的PF时,其胶合强度达到国家Ⅰ类胶合板的要求.     

聚氨酯预聚体改性聚乳酸/木粉复合材料的制备及表征

通过共混挤出法制备聚氨酯预聚体(PUP)改性的聚乳酸/木粉(PLA/WF)复合材料,并对复合材料进行力学性能测试、动态热机械分析、接触角测量以及断面扫描电镜分析。力学性能分析表明:当PUP用量(以PLA和WF的质量计)为20%时,复合材料断裂弯曲应变和冲击强度分别为5.78%和18.3 k J/m2,较未改性的复合材料分别提高了209%和123%,PUP显示出较好的增韧效果。动态热机械分析表明:随着PUP用量的增加,复合材料中PUP相和PLA相的玻璃化转变温度均有所下降,并且储能模量显著降低,材料韧性得到改善。PUP的加入可显著提高复合材料对水的接触角,材料疏水性能得到改善。当PUP用量为25%时,接触角达83.7°,较未增韧复合材料接触角(66.6°)提高25.7%。拉伸断面的扫描电镜分析表明:添加PUP的复合材料断面有更多的木粉被拉出且空穴变多,断面更为不平整,呈现韧性断裂的特征。     

塑料含量和分布对定向木塑复合刨花板性能的影响

为制备耐水性能优良且绿色环保的木质复合材料,以高密度聚乙烯塑料(HDPE)为主要黏接剂制备定向木塑复合刨花板,研究HDPE含量(0%~16%)和分布对定向木塑复合刨花板物理力学性能的影响。研究结果表明:定向木塑复合刨花板的弹性模量、静曲强度和内结合强度随HDPE含量的增大而增大,当HDPE含量达到12%时,上述性能在试验范围内达到最大值;塑料含量继续增加则力学性能均有降低的趋势。HDPE添加量越多,定向木塑复合刨花板的吸水厚度膨胀率越小,且均低于8%。HDPE在板坯中均匀分布时静曲强度最高,当HDPE仅分布在上下表面时内结合强度最大,且吸水厚度膨胀率较低。     

木塑复合材料阻燃改性中的主要影响因素

研究了木塑复合材料阻燃改性中的3个重要因素,即木塑比例、阻燃剂种类和阻燃剂的添加量对其性能的影响。结果表明:木塑比例对材料的综合性能影响最大,木粉与塑料的比例提高时,材料的耐水性能提高,而材料的阻燃性能降低,静曲强度降低;在不同种类的阻燃剂对材料的阻燃性能改性实验中,复合磷氮类阻燃剂效果最佳;阻燃剂的添加实验表明,随着阻燃剂添加的量增加,材料的阻燃性能提高,内结合强度加大,而耐水性能降低。     

微波辅助木质素脱甲基化改性及结构表征

为提高木质素的反应活性,采用微波辅助加热方式,在HBr/十六烷基三正丁基溴化磷(HBr/TBHDPB)体系下对木质素进行脱甲基化改性。考察了HBr用量、反应温度、反应时间和催化剂用量对木质素改性反应的影响。通过紫外光谱(UV)、核磁共振氢谱(1H NMR)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、凝胶渗透色谱(GPC)和元素分析等手段研究了木质素改性前后的官能团及分子质量变化,并由羟甲基化反应和曼尼希反应分析了木质素改性前后的活性变化。结果表明:木质素在微波辅助加热条件下,HBr用量为20 mmol/g,催化剂TBHDPB用量为木质素质量的2%,95℃反应1 h,制备的改性木质素含酚羟基为4.95%,相比原料木质素提高了32.71%,甲氧基为6.11%,相比原料木质素降低了20.44%。与甲醛反应的活性提高了18.15%,胺基侧链增加了7.54%。UV、1H NMR和FT-IR分析也表明,改性木质素的酚羟基含量增加,甲氧基含量降低。     

针状木纤维/HDPE复合材料的力学性能

采用一步法连续挤出技术将杨木针状纤维与高密度聚乙烯(HDPE)进行熔融复合制备木塑复合材料(NF-WPC).用正交试验法分析纤维尺寸、纤维添加量、偶联剂含量和润滑剂含量4个因子对NF-WPC力学性能影响的显著性;用扫描电子显微镜观察分析NF-WPC中木纤维与HDPE的界面结合状况;提出优化的工艺配方并与相同木材含量的木粉/HDPE复合材料进行对比研究.结果表明:针状木纤维的含量对NF_WPC冲击强度影响显著,对弯曲性能和拉伸性能的影响高度显著;偶联剂马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)的添加量对NF_WPC的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度影响显著;在本文的试验范围内,木纤维尺寸和润滑剂石蜡的含量对NF-WPC力学性能的影响不显著.确定的优化工艺配方为:木纤维长度为3～4mm、长径比为8～11,木纤维含量60%,MAPE含量4%,石蜡含量0.3%;采用优化工艺制备的NF_WPC的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、拉伸模量和冲击强度分别为58.7 MPa、3.0 GPa、39.6 MPa、4.0 GPa和12.7 kJ·m-2.除冲击韧性略低外,用优化工艺配方制备的NF_WPC其他力学性能均高于用同比例木粉制备的木塑复合材料.     

高木材纤维含量聚丙烯基复合材料的制备及其性能

采用模压和热压两种成型方法制备高木材纤维含量的聚丙烯(PP)基木塑复合材料,研究不同工艺方法和木材纤维质量分数(50%~90%)对木塑复合材料吸水性、接触角、表面自由能以及力学性能的影响,并通过扫描电子显微镜对复合材料的层间断面形貌进行观察。结果表明,木材纤维质量分数的提高使复合材料表面润湿性增强,力学性能有所下降,储能模量降低,玻璃化转变温度提高。当木材纤维质量分数达到80%时,复合材料仍可保持较好的弹性模量和冲击韧性;24 h吸水厚度膨胀率小于15%,可在潮湿环境下使用;表面自由能极性分量与中密度纤维板相当。扫描电镜结果表明,木材纤维质量分数增加可使复合材料的界面结合减弱。采用模压工艺制备的复合板材密度较大,抗弯性能较好;热压工艺所制复合板材的润湿性和冲击强度均优于模压工艺,在贴面装饰方面具有潜在优势。     

再生聚丙烯/木粉复合材料性能研究

研究木粉用量、PP-g-MAH相容剂、WBG晶型改性剂，对再生聚丙烯／未粉复合材料性能和结构形态的影响。试验结果表明：PP-g-MAH能增加木塑复合材料的相容性，提高木塑复合材料的性能；适量木粉能提高复合材料的拉伸模量、弯曲性能和热变彤温度，但材料的冲击强度和断裂伸长率有所降低。添加WBG晶型改性剂，能改善复合材料的晶体结构，提高材料的塑性。     

碳酸钠催化氯化胆碱/乳酸低共熔溶剂改性碱木质素及其表征

以季铵盐氯化胆碱(ChCl)与乳酸(Lac)、尿素(U)、草酸(OA)、甲酸(FA)分别合成低共熔溶剂(DES)并对工业碱木质素(AL)进行改性,研究了由不同氢键供体与ChCl合成的DES体系、反应条件及催化剂对碱木质素改性的木质素提取率的影响。研究发现使用氯化胆碱/乳酸低共熔溶剂(ChCl/Lac)时,木质素的提取率最高。通过单因素试验得到ChCl/Lac改性的最优条件为：在120℃时,Lac与ChCl物质的量比值(n_Lac/n_ChCl)为12,DES添加量为碱木质素质量的20倍(m_DES/m_AL=20),反应时间12 h,木质素提取率达95.37%;当反应温度降低到100℃,无催化剂时,木质素提取率为40.39%,使用8%碳酸钠为催化剂时,木质素提取率提高至74.87%。采用FT-IR、¹³C NMR、TG和DTG对木质素样品进行表征,由FT-IR、¹³C NMR结果可得,改性中β-O-4键断裂并引入羟甲基和甲氧基,改性后木质素主要结构单元为紫丁香基结...     

高温处理对木塑复合胶合板性能的影响

用高温处理的杨木单板与HDPE薄膜制备木塑复合胶合板,考察处理温度对木塑复合胶合板性能的影响,并通过红外光谱、表面接触角等分析其作用机理。结果表明:杨木单板经130~200℃处理后,表面的亲水性降低,与HDPE薄膜界面的相容性改善,有效地提高了木塑复合胶合板的胶合强度和耐水性能;但高温处理导致单板自身强度降低,木塑复合胶合板的静曲强度和弹性模量降低。处理温度为160℃时,木塑复合胶合板的综合性能最佳。     

纳米CaCO3对木纤维增强生物可降解复合材料力学性能的影响

为探索纳米CaCO₃对增强生物可降解复合材料力学性能的影响,采用混炼、注射成型工艺制备纳米CaCO₃改性木纤维/聚乳酸复合材料,研究了纳米粒子添加量（1wt%,2wt%,3wt%,4wt%）及粒子预处理（偶联剂,硬脂酸,偶联剂-硬脂酸）对材料拉伸性能与冲击性能的影响。随着CaCO₃添加量增加,复合材料力学强度先增大后减小,质量分数2%时材料拉伸强度和冲击强度分别提高8%与20%,粒子的增韧效果明显。预处理不仅能增强木纤维与聚乳酸的结合,也提高了纳米粒子分散性,增强材料整体力学性能。纳米粒子在聚合物基体中的分散性及其与聚合物界面结合是影响材料性能的关键。