[反应时间对木胶中甲醛含量的影响] 干挂胶甲醛含量严重吗

时间：2019-03-29 03:20:03　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　【摘要】木质素是一种广泛存在于植物细胞壁中的多聚酚类,工业木质素主要来源于制浆造纸工业的废液(黑液), 本论文采取酸析法提取黑液中木质素替代部分苯酚，合成木质素—酚醛胶黏剂，简称：木胶；讨论反应时间对木胶中甲醛含量的影响，并测定其性能，从而找出最具工业价值的木胶制备方法。
　　【关键词】黑液；木胶；反应时间；甲醛
　　木质素与纤维素及半纤维素共同形成植物体骨架，是自然界中在数量上仅次于纤维素的第二大天然高分子材料。每年都以600万亿吨的速度再生，因而是极具潜力的可再生资源。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约1.4亿吨纤维素，同时得到5000万吨左右的木质素副产品，但迄今为止，超过95％的木质素仍然主要作为工业制浆的废弃物，随废水直接排入江河或浓缩后烧掉，绝少得到高效利用。木质素一般以碱木素形式存在，而碱木素是重要的化工原料，开展化学综合利用，对造纸厂黑液治理有重要意义[1]。酚醛树脂自被首次合成出以来，就因为其原料之一—苯酚的价格过高，而一度使酚醛树脂不能够像脲醛树脂一样大规模地广泛使用于木材加工产业。本论文采取酸析法提取黑液中的木质素替代部分苯酚，合成木质素—酚醛胶黏剂，简称：木胶，并讨论反应时间对木胶中甲醛含量的影响，参照国家标准测定其性能，从而找出一种木胶的制备方法。
　　1.实验部分
　　1.1 原料和仪器
　　苯酚，分析纯，四川省宜宾市建中化工总公司进出口公司出品；甲醛，分析纯，天津市化学试剂三厂出品；氢氧化钠，分析纯，北京化工厂出品；尿素，分析纯，天津市耀华化工厂出品；木质素，实验室自制。
　　红外光谱仪，德国布鲁克公司生产，型号Bruker Tensor 27；非金属材料拉伸试验机，济南试验机厂出品。
　　1.2 实验内容
　　按苯酚与甲醛的物质的量配比为1:1.1的比例，称取15.75g的苯酚倒入三口圆底烧瓶，在油浴中加热直到苯酚融化；然后在缓慢分批加入15.75g的木质素，加入木质素后保持在60℃下搅拌40~50min，然后再加入NaOH 0.844g，继续搅拌，升温到烧瓶中的温度达到75℃时，开始在回流的状态下分三批加入29.888g 37%的甲醛溶液（加入第一批甲醛溶液后温度会降低到约65℃，继续加热搅拌一段时间当温度重新升到75℃时开始加入第二批，如此循环分三批加入全部甲醛溶液）；
　　继续升高温度，以1℃·(min)-1的温速加热到烧瓶温度95℃的时候烧瓶内会发生沸腾，在烧瓶内温度达到97时保持温度不变使反应时间分别为30min、40 min、50 min、70 min、90 min、110 min六组，然后停止加热，再加入1.842g尿素反应4～5min，真空脱水至需要的粘度。趁热倒出产品[2]。
　　2.结果与讨论
　　2.1 甲醛含量的测定
　　参照GB/T14732—2006《木材工业用脲醛、酚醛、三聚氰胺甲醛树脂》及GB/T14074—2006《木材胶黏剂及其检验方法》，对产品中的游离甲醛进行检测分析，结果如图1所示：
　　图1 反应时间与木胶中甲醛含量的关系
　　由图1可知，当反应时间超过50分钟时，产品中甲醛的含量基本稳定在0.2%左右，复合国标中规定的甲醛含量低于0.3%的要求。由此可以看出，反应时间低于50分钟，虽说苯酚和甲醛的反应开始，但是反应未进行完全，转化率较低，健全含量超过国家标准要求。所以，在实际合成过程中，反应时间为1小时左右为好。
　　2.2 木胶性能的测试
　　根据以上的结论，本文采用反应时间1小时，其他条件不变，合成木胶，并进行性能的检测。
　　2.2.1 外观测定
　　将试样20ml倒入洁净的试管内，静置5min，在天然散射光下对光观察。试验温度25+1℃。
　　2.2.2 pH值测定
　　将pH计的玻璃电极用蒸馏水浸泡24小时，预热0.5小时。取40ml试样于50ml烧瓶中放置至室温，然后按照酸度计使用说明书操作，读取pH值。
　　2.2.3 固含量测定
　　在预先干燥恒重的器皿中，用分析天平称取1-1.2g试样（准确至0.0001g）。将器皿放入通风橱中，用红外灯加热至样品不流动，放入恒温干燥箱中，在120+5℃下恒温120min，然后取出放入干燥器内，冷却20min称重。计算其固含量。
　　2.2.4 甲醛含量测定
　　于250ml锥形瓶中，加入50ml亚硫酸钠溶液及3滴百里香酚酞指示剂，用硫酸标准溶液中和至蓝色消失。用减量法称取1.3-1.5g试样（准确至0.002g)，放入上述锥形瓶中，用硫酸标准溶液滴至蓝色消失为终点。计算甲醛百分含量。
　　2.2.5 拉伸剪切强度测定
　　参考标准DIN53254——木材胶黏剂剪切强度试验方法，采取双盖板搭接,试验原材料为桦木条，涂胶后采取加热固化，固化温度为150℃，固化时间为7分钟，然后在非金属材料试验机上进行测试，加载速度为270-450Kg/min。计算其拉伸剪切强度[3]。
　　2.2.6 木胶测试结果
　　外观: 深棕色粘稠液体；
　　pH值： 7.5-8；
　　固体含量(%)： 44-48；
　　游离甲醛含量(%)： 0.20；
　　拉伸剪切强度（MPa）： 5.80。
　　2.3 木胶红外光谱分析
　　取少量干燥后的木胶固体样品，磨成粉末，再与溴化钾粉末混合均匀，压成薄片，利用傅立叶变换红外光谱仪测定其红外光谱。
　　由图2可以看出，在1219cm-1处有吸收，这里对应的是Ph—O键。另外,3367cm-1处宽峰为酚羟基的伸缩振动吸收峰。由于酚羟基仍然大量存在。1701、1510cm-1处强峰为酚醛树脂上苯环的骨架振动吸收峰。这几处吸收峰两条曲线强度几乎一致。因此,由红外光谱证明了反应的发生，木质素的缩合产物接枝到了酚醛树脂上。
　　图2 木胶红外光谱图
　　3.结论
　　（1）反应时间1个小时，木胶中的甲醛含量低于国家标准要求。（2）用木质素代替50%的苯酚合成木胶，其性能达到了国标的要求，该工艺可行。（3）用黑液酸析得到的木质素制取木胶可解决造纸厂的部分废水污染问题，对环境保护有益。
　　参考文献：
　　[1]杨学富.制浆造纸工业废水处理[M].北京:化学工业出版社,2001.
　　[2]赵玉庭,姚希曾,主编.复合材料聚合物基体[M].武汉工业大学出版社,1992.
　　[3]DIN53254——木材胶黏剂剪切强度试验方法[S].北京:中国标准出版社,1996.

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