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.     

高浓度甲醛和大豆蛋白增强低摩尔脲醛树脂研究

以高浓度甲醛制备摩尔比1.1∶1的脲醛树脂(UF),以降解后的大豆蛋白(DS)为改性剂,并在UF"碱-酸-碱"制备工艺的三个阶段分别加入不同比例的DS进行改性,以增强脲醛树脂的胶合强度。研究结果表明:1相对于普通低摩尔脲醛树脂,高浓度甲醛制备的脲醛树脂固体含量和黏度显著提高,游离甲醛变化不大,但胶合强度提高64%。2高浓度甲醛和DS制备UF:在第一个阶段,加入5%或10%的DS制备的UF胶合强度进一步提高近7%,游离甲醛变化不大;在第二个阶段,加入DS制备的UF胶合强度很低且树脂稳定性差;在第三个阶段,加入DS制备的UF黏度显著提高,游离甲醛有所降低,仅加入量为10%时制备的UF胶合强度有所提高。313C-NMR和FT-IR测试结果表明:在第二个阶段,加入DS制备的UF缩聚反应受阻碍,大量的小分子尿素游离,最终导致树脂较差的稳定性和胶合性能;在第三个阶段,加入的DS主要捕捉树脂未反应的游离甲醛,但最终树脂的交联度不高;在第一个阶段加入DS制备的UF醚键含量有所降低,二羟甲基和亚甲基桥键含量明显增加,树脂具有较高的交联度和缩聚度。4 DMA分析表明:单纯高浓度甲醛制备的UF具有较高的初始胶合强度,但是热稳定性差。高浓度甲醛和DS在第一个阶段改性制备的UF具有较高的热机械性能和较好的热稳定性。     

交联剂-多羟甲基酚的制备

为了制备性能更优异的大豆蛋白基胶黏剂,本研究采用"低温-保碱"工艺,以高浓度甲醛制备多羟甲基酚作为后续大豆蛋白基胶的交联剂使用,并借助电喷雾电离质谱仪(ESI-MS)和核磁共振(13C-NMR)进行表征。结果表明,最终合成的交联剂羟甲基总含量和多羟甲基含量较高,反应48 h制备的交联剂羟甲基总含量和多羟甲基含量分别高达94.9%和76%,并且体系中的游离甲醛或甲醛聚合物含量微乎其微(1.1%),后续可直接用于大豆蛋白胶的交联改性。多羟甲基酚基本是以2个三羟甲基酚或者1个三羟甲基酚和1个二羟甲基酚的二聚体形式存在。二聚体的存在并没有减少可以反应的活性点,使得可以参加后续缩聚反应的游离羟甲基更多,可能更容易与蛋白质分子形成大分子网状结构。     

高浓度甲醛制备脲醛树脂及其性能分析

以高浓度甲醛和尿素为主要原料合成脲醛树脂,借助核磁共振(13C-NMR)和动态热机械性能(DMA)分析树脂结构组成及热机械性能。结果表明,以高浓度甲醛制备的脲醛树脂具有较高的固含量,其制备的刨花板内结合强度达1.27 MPa,较普通甲醛制备的明显提高,增幅为50%。13C-NMR和DMA测试结果表明,高浓度甲醛制备脲醛树脂羟甲基含量为31.0%,而普通甲醛制备树脂羟甲基含量只为23.7%,表明前者甲醛加成反应进行更彻底;而其醚键含量较普通甲醛制备的树脂提高了一倍,同时缩聚度提高,保证了足够的机械强度。     

C NMR 定量分析

按酚醛(PF)树脂的制备工艺,采用CaO和NaOH为复合催化剂,在碱性条件下制备了95%～200%的系列尿素改性酚醛(PUF)树脂,贮存期达30 d以上。该系列PUF树脂压制的杨木三合板,胶合强度符合Ⅱ类胶合板要求,甲醛释放量<0.5 mg/L,符合E0级。其中选用尿素/苯酚(U/P)质量比为1.5∶1,甲醛与尿素-苯酚(F/(U+P))物质的量的比值为0.97的配方制胶,结合13C NMR分析手段,监控投料甲醛在反应过程中形成的亚甲基、羟甲基和亚甲基醚键的含量变化,以及最终PUF树脂的亚甲基(32.4%)、羟甲基(57%)和亚甲基醚键(10%)的结构比例。     

稀硫酸-氢氧化钙联合预处理玉米秸秆制乙醇

以玉米秸秆为原料,研究稀硫酸-氢氧化钙联合预处理秸秆制备燃料乙醇的方法。玉米秸秆经稀硫酸预处理、固液分离后得到的预水解液(主要含有木糖)进行戊糖发酵;而残渣采用氢氧化钙进一步预处理后,经酶水解得到的葡萄糖进行己糖发酵,从而实现戊糖和己糖分开发酵产乙醇。研究结果表明,玉米秸秆稀硫酸预处理最佳条件为:硫酸用量1.00%(以绝干玉米秸秆计),反应温度130℃,反应时间70 min,此时木聚糖水解得率为80.45%;采用树干毕赤酵母对玉米秸秆稀硫酸预水解液原液、浓缩液Ⅰ(浓度为原液的2倍)和浓缩液Ⅱ(浓度为原液的3.5倍)进行戊糖发酵,乙醇得率分别为82.52%、85.13%和73.64%。氢氧化钙进一步预处理玉米秸秆稀硫酸预处理渣的最佳条件为:氢氧化钙用量0.125 g/g(以绝干玉米秸秆计),反应温度90℃,时间24 h,此时纤维素酶水解得率为84.92%;采用酿酒酵母对两步预处理残渣的酶水解液原液、浓缩液Ⅲ和浓缩液Ⅳ(浓度为原液的2倍和3倍)进行己糖发酵,乙醇得率分别为92.22%、91.89%和85.54%。     

基于UFC和葡萄糖改性脲醛树脂的合成与性能

在碱性条件下用尿素和甲醛合成脲醛预缩液(UFC),然后用UFC与尿素制备脲醛树脂(UFC/U),并添加葡萄糖对UFC/U改性得到G/UFC/U树脂,采用DSC和FT-IR等对树脂进行分析。结果表明:与普通脲醛树脂(UF)相比,UFC/U树脂胶合强度提高5.83%,游离甲醛含量降低3.70%,G/UFC/U树脂贮存期大于30 d,综合性能较好,G_1-25/UFC/U树脂游离甲醛含量降低44.44%,胶合板湿胶合强度为1.11 MPa,优于国家II类胶合板标准;DSC结果表明:UFC/U、G_1-25/UFC/U比UF树脂的固化特征温度高;FT-IR分析表明:G_1-25/UFC/U和UF树脂相比,羟基及亚甲基醚键的峰强度增强,改性树脂的羟甲基优先和葡萄糖分子C(6)的羟基发生反应生成亚甲基醚键。     

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。     

苯酚-尿素-甲醛树脂的合成和机理研究

制备合成了不同尿素用量的系列尿素改性酚醛(PUF)树脂胶黏剂,探讨了一种PUF树脂胶黏剂较优的配方和合成工艺,并通过~(13)C NMR、TG对PUF树脂的反应过程和分解过程进行了研究。结果表明:合成过程中尿素分三批加入,以CaO和NaOH为复合催化剂,在碱性条件下制备的5组尿素用量不同的PUF树脂,以这5组PUF树脂作胶黏剂压制的杨木三合板胶合强度全部符合Ⅰ类胶合板要求,甲醛释放量≤0.5 mg/L;~(13)C NMR分析结果显示,树脂合成过程中的羟甲基、亚甲基、亚甲基醚键的含量随着尿素添加量和反应时间的不同而变化,PUF树脂合成过程的主要反应为甲醛的亲电加成,TG分析表明热稳定性呈先提高后降低的趋势。     

Synthesis and the Quantitative 13C NMR Analysis of PUF Resin for E0 - Ⅱ -type Plywood

按酚醛(PF)树脂的制备工艺,采用CaO和NaOH为复合催化剂,在碱性条件下制备了95 ％-200％的系列尿素改性酚醛(PUF)树脂,贮存期达30 d以上.该系列PUF树脂压制的杨木三合板,胶合强度符合Ⅱ类胶合板要求,甲醛释放量＜0.5 mg/L,符合E0级.其中选用尿素/苯酚(U/P)质量比为1.5∶1,甲醛与尿素-苯酚(F/(U+P))物质的量的比值为0.97的配方制胶,结合13CNMR分析手段,监控投料甲醛在反应过程中形成的亚甲基、羟甲基和亚甲基醚键的含量变化,以及最终PUF树脂的亚甲基(32.4％)、羟甲基(57％)和亚甲基醚键(10％)的结构比例.