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为获得来源充足、价格低廉的胶粘剂原料,利用可再生资源制各胶粘剂已成为当今世界胶粘剂研究开发的热点之一。本文探讨了漾濞泡核桃(JuglansSigillataDode)壳苯酚离解的树脂化活性和离解机理。首先研究了核桃壳的生物和化学背景;其次讨论离解体系与甲醛的反应能力、离解体系与溴的反应和离解体系的分子特性为核桃壳苯酚离解树脂化活性衡量指标的原因,并分析了酚粉比、反应温度和催化剂用量对这些衡量指标的影响;最后通过离解过程中的主要反应形式和核桃壳粉、核桃壳离解产物和残渣的红外光谱分析对离解机理进行探讨。得出如下结论:
D核桃壳与木材的微观构造区别明显。主要表现为核桃壳没有明显的纤维细胞组织,结构中存在较多孔隙,主要细胞组织是细胞壁厚腔小的椭圆形石细胞,细胞壁高度木质化;红外光谱分析对比发现,核桃壳的主要官能团与榉木的基本一致,核桃壳中的苯环吸收峰和羟基吸收峰较强,说明含有较多的木质素和更高的羟基含量。
2)核桃壳苯酚离解体系与甲醛的反应能力可以作为核桃壳离解树脂化活性很好的评价指标;而用离解体系与溴的反应能力来衡量核桃壳苯酚离解树脂化活性不是很确切,只可以作为间接的评价指标;游离苯酚含量只反映了出苯酚的消耗情况,对整个离解体系树脂化活性的评价很有限;残渣含量从核桃壳苯酚离解树脂化活性出发,不具有任何意义,残渣含量仅仅只表征了未反应的核桃壳粉;离解体系的分子特征是衡量离解反应效果的重要指标。
3)酚粉比对离解体系树脂化活性的影响:酚粉比越大,在同等条件下整个反应体系的耗醛量越少,原因是核桃壳粉比例的增大增加了对苯酚的消耗,同时离解产物更容易缩和;高酚粉比相对于低酚粉比来说对可被溴化物含量的影响较大;酚粉比越大核桃壳离解体系的Mn、Mw、D越小。
4)反应温度对离解体系树脂化活性的影响:反应温度越高,在同等条件下离解体系的耗醛量越少,说明在同等的条件下,反应温度越高,消耗的苯酚也多,离解产物缩聚的也比较厉害,导致了整个反应体系的耗醛量的下降;在三个反应温度之中,离解反应60mln后,120(2的离解产物有较低的Mn、Mw、D,温度太低离解效率低,而温度太高离解反应较强,离解的前期就导致了苯酚的大量消耗;同时离解出来的物质活性很高,很容易发生缩合反应。
5)催化剂对离解体系树脂化活性的影响:催化剂加强了苯酚与核桃壳粉的离解,虽然增加离解产物的活性基团,但同时加剧了苯酚与离解产物之间的反应强度,消耗了更多的苯酚,从而降低了与甲醛反应的能力;催化剂为3%用量时相对于2%和4%的用量Mn、Mw、D都是最小的。说明在催化剂用量为2%时较催化剂为3%用量时离解的程度弱,而在催化剂用量为4%时,反应初期就导致了苯酚的大量消耗,同时剥离出来的生物大分子越容易发生缩聚反应。
6)核桃壳粉的离解和酚化反应速率参开始最大,之后迅速下降;缩聚开始最小,大约到20rain时达到最大值,后又逐渐减弱。核桃壳离解反应遵循双分子二级反应和Arrhenius方程,离解反应尚需一定量的能量加以活化。其需要的离解活化能要小于白桦离解时需要的活化能。
7)残渣出现芳香环的特征吸收峰,证实了缩聚反应的发生;核桃壳粉在离解过程中醚键(如芳香醚键)会发生断裂;酯基断裂生成羧酸;纤维素类物质发生了降解;苯酚与核桃壳离解产物发生了反应,其可能主要是苯酚的邻、对位与核桃壳离解产物发生了反应。
8)苯酚具有较强的亲核性、反应性和对核桃壳苯酚离解产物很好的溶解性。推测核桃壳苯酚离解的主要反应历程为:核桃壳组分中大分子化学键的断裂、核桃壳组分中大分子环氧化合物的开环、酯基离解成有机酸的反应;苯酚与核桃壳离解碎片(木质素、纤维素和半纤维素离解产物)的反应。