香蕉假茎苯酚液化及液化物环氧树脂胶黏剂的制备与表征

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农业是人类赖以生存的根本,随着农业的快速发展,农业废弃物造成的环境压力越来越严重,另一方面能源短缺危机是各国快速发展必须解决的问题,而农林业废弃物属于传统的生物质能源,采用液化技术可将农林业废弃物从低品位、难以利用的能源形态转化为可代替石油基的生物质化工原料并予以深加工进而生产出高品位、高附加值的日常必需化工品,不仅可以解决农业快速发展带来的环境压力,更可缓解能源危机。本研究课题旨在将南方特色农业种植香蕉的废弃物由传统的非环境友好型处理、低利用率利用模式经物理化学方法转变为高附加值的新型化工品,并对其可利用途径进行探究,对相关的化工产品性能进行测试。成分分析是废弃物综合利用的基础,本文首先将香蕉废弃物归类为叶片、叶脉、叶柄、假茎四个部位,结合近几年比较完善的纤维材料定量分析方法对其进行水分、灰分、脂蜡质、果胶、半纤维素、纤维素和木质素的定量分析,针对测定过程中存在的问题进行了归纳总结并给出了对策。测试表明海口美安镇香蕉树的无机盐含量偏高,干基废弃物中水溶物的含量最高,但主要成分为半纤维素、木质素、纤维素三大组分。四个部位中,木质素以叶片含量最高,高达27.91%;半纤维素以假茎含量最高,高达25.9%;纤维素以叶脉和叶柄最高,分别高达30.91%和29.26%。假茎是四类废弃物中数量最大的部位,选取香蕉假茎为研究对象,采用常压催化液化技术以浓硫酸(98%)为催化剂、苯酚为溶剂对其进行液化并探究液化规律。催化剂量和反应温度对液化率的影响最大,反应时间次之,液固比的影响最小,综合考虑最佳液化工艺为催化剂量30%(WH2SO4/W原料)、反应温度160℃、反应时间40min、液固比4:1,此条件下的液化率为70.76%。分析表明残渣率较高与原料中的高无机盐含量有关,液化残渣中含有较高的含量的纤维素,纯化的液化产物含有大量的酚羟基,可用于环氧树脂胶黏剂的制备。以纯化的液化产物为化工基料,在碱性条件下与环氧氯丙烷反应制备以生物质为基料的合成环氧树脂。以聚酰胺650为固化剂,将香蕉假茎环氧树脂与固化剂按照不同比例混匀并在不同温度下进行固化,对合成树脂和胶黏剂的性质进行测定,香蕉假茎环氧树脂胶黏在不同温度下对木质材料、铝质材料、铁质材料均具有较好的胶黏性能。以香蕉假茎环氧树脂:固化剂=1:1(m/m)配比胶黏剂在100℃固化24h,不同材质的最佳剪切强度可达14.07MPa、19.66MPa、19.24MPa,固化物的Tg为78℃,固化物的Tg随着树脂的增加而升高,同时香蕉假茎环氧树脂胶黏剂具有良好的丙酮、甲苯、30%碱液和30%酸液抗性。以粗液化产物100%代替苯酚,与丙酮在硫酸的催化下进行反应,所得反应产物除去过量的硫酸、丙酮及少量的水,在碱性条件下与环氧氯丙烷反应制备改性香蕉假茎环氧树脂,树脂产率得到提高,过量的苯酚加以利用,更符合绿色化学的理念。改性环氧树脂胶黏剂较合成树脂透明度更高,但在相同的固化环境下,改性树脂胶黏剂对不同才质材料的粘接强度有所下降,当硫酸催化剂量:粗液化产物=2:5时,其对铝质材料和铁质材料的粘接最佳可达8.79MPa、14.63MPa,当催化剂量增加时,改性树脂对铁质材料的最佳粘接性能下降为11.28MPa,对于铝质材料却升高为 14.06MPa。
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