竹基剩余物高值转化技术与材料化应用

以苯酚为液化试剂,在低温和低浓度酸催化剂的条件下对竹粉进行选择性酚化,优化获得热化学高值转化竹材或竹材下脚料的配方与工艺。红外光谱测试结果表明竹粉在热化学酚化条件下发生了降解反应,并产生了具有新取代基的苯环结构的酚化产物。竹粉中的无定形组分(部分纤维素组分、半纤维素组分)和木质素组分完全被酚化,得到了具有很好流动性的高活性酚化液,可用于制备高性能环保型酚醛胶,并获得中试产品。而未被酚化的残渣为高度结晶的竹纤维素,经分离得到高纯度的竹纤维素微粉,保留了竹纤维素的优点,可用于高性能的竹塑复合材料、抗静电粉体材料、涂层纤维增强粉体和医用卫生材料等。本液化技术提供了竹基生物质材料高效高值转化和应用的新途径,克服了以往木材液化产物粘度高、贮存难等影响产业化进程的问题,分离转化过程工艺经济环保可行。研究成果将极大地促进了竹材或剩余物在高分子材料领域的高值应用。     

竹纤维素微粉的结构与性能研究

采用热化学酚化技术对竹粉进行液化,分离得到竹纤维素微粉(BCMP)。通过对比实验,测试了竹纤维酚化前后的结构和性能。实验结果表明,竹粉中的纤维素无定型组分和木质素组分完全被酚化,而未被酚化的残渣为具有高度结晶结构的纤维素纤维;BCMP纤维质量分数达97%以上,羟值126.8 mg KOH/g,热分解温度达300℃以上,并具有比竹粉更好的疏水性、耐热性、抗紫外老化性能和抑菌性能。     

马来酸酐接枝改性竹纤维及其增强复合材料的性能

采用热化学酚化技术对竹粉进行液化,分离得到竹纤维素微粉(BCMP),对获得的BCMP表面进行马来酸酐(MAH)接枝改性,研究了反应温度和时间对酯化度的影响.结果表明,在二甲苯回流反应温度为140℃,反应时间为4 h的条件下,获得了高酯化度(16.2%)、低羟值(15.6 mKOH/g)的BCMP.与未接枝改性的BCMP...     

竹材制浆备料废弃物液化及产物制备聚氨酯阻燃保温材料研究(摘要)北大核心

以竹材制浆备料废弃物为研究对象,针对竹材制浆造纸各工段产生的竹质纤维废弃物,开展竹材废料液化、分离和纯化技术研究,通过液化组分多元醇酯化,开发具有保温、阻燃等功能的新材料,以期用于建筑和装修等领域,达到相关标准的要求。主要研究内容包括：1）对竹屑进行化学成分和基本性质分析,得出竹屑中纤维素含量47.35%、半纤维素含量20.15%、木质素含量26.66%,湿基含水量7.42%,灰分4.80%,苯醇抽出物含量为1.36%。     

浸渍改性剂对竹炭碳磺酸结构和催化性能的影响

用氢氧化钠、硫酸和氯化锌等不同改性剂对竹粉进行浸渍改性处理,进而用炭化-磺化法制备用于纤维素水解的竹炭碳磺酸催化剂。通过对改性前后的竹粉进行FT-IR和SEM分析研究竹粉浸渍改性机理,发现氢氧化钠能分解竹粉半纤维素中的乙酰基和部分α-糖苷键,及木质素侧链上部分甲氧基,有利于竹粉的热解与炭化。采用BET、XRD和FT-IR等对所得催化剂微观结构进行分析,发现改性剂的使用有利于竹粉炭化过程造孔,有效提高催化剂的比表面积。不同改性剂处理后的竹粉在炭化过程中的石墨化程度不同,导致碳环上可取代的活性位点数不同,进而影响催化剂的磺酸量。系统研究了浸渍比、炭化温度、磺化温度等因素对竹炭碳磺酸催化剂活性的影响。以氢氧化钠为改性剂,在最佳制备条件下所得竹炭碳磺酸,纤维素水解获得葡萄糖的收率可达45.0%。     

竹材制浆备料废弃物液化及产物制备聚氨酯阻燃保温材料研究(摘要)

<正>以竹材制浆备料废弃物为研究对象,针对竹材制浆造纸各工段产生的竹质纤维废弃物,开展竹材废料液化、分离和纯化技术研究,通过液化组分多元醇酯化,开发具有保温、阻燃等功能的新材料,以期用于建筑和装修等领域,达到相关标准的要求。主要研究内容包括:1)对竹屑进行化学成分和基本性质分析,得出竹屑中纤维素含量47.35%、半纤维素含量20.15%、木质素含量26.66%,湿基含水量7.42%,灰分4.80%,苯醇抽出物含量为1.36%。采用元素分析、FT-IR分析、热重分析及差示扫描量热分析等分析方法对竹屑的基本性质进行分析,可以得出,竹屑是由大量的羟基、甲基、羰基和苯环结构构成;竹屑在热解过程中放出大量的热,且其三大组分的热解快慢程度不同,首先是纤维素进行热解,其次是半纤维素的热解过程,最后才是木质     

低共熔溶剂预处理杨木水解渣拆解木质素

为高效去除木质纤维素中的木质素,获得富含纤维素的底物,实现木质纤维素组分的单一分离与组分全利用,制备合成了6种三元低共熔溶剂(deep eutectic solvent, DES),利用DES预处理已去除半纤维素的杨木水解渣,研究了6种低共熔溶剂对木质素去除和纤维素保留的影响,并优化获得了最佳的预处理工艺参数。结果表明,6种DES中苄基三乙基氯化铵-乙二醇-氯化铁(T-EG-Fe)的预处理效果最优,木质素去除率为80.46%,纤维素保留率为90.81%。优化得到T-EG-Fe预处理杨木水解渣最佳工艺条件为:反应固液比为1∶15,反应温度为130℃,反应时间为5h,在最优条件下预处理得到的固体残渣中纤维素质量分数为92.78%,木质素质量分数为5.33%。T-EG-Fe具有高效拆解木质素的潜力,在木质纤维素预处理过程中具有一定的应用价值。     

相分离条件下楠竹碱木素改性产物的集聚态研究

楠竹经三种条件碱法蒸煮,所得黑液经酸化沉淀干燥,用60％（wt）硫酸、相分离法处理,精制有机相得到三种碱木质素酚,将三种碱木质素酚分别与由竹粉经相分离法直接提取的木质素酚通过红外光谱（FT-IR）、凝胶色谱（GPC）、原子力显微镜（AFM）、动态光散射（DLS）进行结构和分子集聚态的分析与比较.结果表明,在缓和的碱法蒸煮条件下,黑液中的木素还具备一定的酚化改性潜力,所得碱木素酚结构和官能团与竹粉木质素酚未见较大差异,但在分子集聚态上其分散性明显不同于竹粉木质素酚,表现为尺度小,分布密集等特点.     

竹炭碳磺酸的制备及其催化性能

以富含纤维素的天然竹粉为原料,通过硫酸浸渍,炭化和磺化的过程,制备竹炭碳磺酸并将其应用于纤维素水解反应。首先对改性前后的竹粉及其主要成分进行热重分析,发现硫酸能打破竹粉组分之间部分原有的化学键,促进竹粉的热解过程,使竹粉在低温下进行热解与炭化。然后系统地研究浸渍比例、浸渍液浓度、炭化温度和磺化温度等因素对催化剂活性的影响,得到催化剂最优制备条件。最后采用XRD、BET、FT-IR和SEM等方法对竹炭碳磺酸进行表征,结果表明通过合理调控温度能使竹炭磺酸具有良好的孔结构和较高的磺酸量,且磺酸量可能和芳香碳环上的活泼氢数目有关。     

竹炭碳磺酸的制备及其催化性能

以富含纤维素的天然竹粉为原料,通过硫酸浸渍,炭化和磺化的过程,制备竹炭碳磺酸并将其应用于纤维素水解反应。首先对改性前后的竹粉及其主要成分进行热重分析,发现硫酸能打破竹粉组分之间部分原有的化学键,促进竹粉的热解过程,使竹粉在低温下进行热解与炭化。然后系统地研究浸渍比例、浸渍液浓度、炭化温度和磺化温度等因素对催化剂活性的影响,得到催化剂最优制备条件。最后采用XRD、BET、FT-IR和SEM等方法对竹炭碳磺酸进行表征,结果表明通过合理调控温度能使竹炭磺酸具有良好的孔结构和较高的磺酸量,且磺酸量可能和芳香碳环上的活泼氢数目有关。     

竹粉苯酚液化工艺优化及产物结构表征

以苯酚为液化剂,浓硫酸为催化剂,对竹粉进行液化实验,采用正交实验研究了反应温度、催化剂用量、液固质量比和反应时间对液化率的影响。结果表明,对竹粉苯酚液化影响最大的因素是液固质量比,其次是反应温度、反应时间、催化剂用量;竹粉苯酚液化较适宜的试验条件为:苯酚与竹粉质量比4∶1,硫酸质量分数4%,反应温度140℃,反应时间120min。对竹粉原料、液化产物和残渣进行了傅立叶红外光谱分析,结果表明,竹粉在苯酚液化后,竹粉中化学组分的分子结构发生了明显的变化,形成了更多的官能团。     

苯酚作用下竹粉微波液化的工艺研究

以苯酚为液化剂,浓硫酸为催化剂,采用微波加热的方式对竹粉进行了液化处理,探讨了酚／竹固液比、催化剂用量、反应时间等因素对液化的影响。结果表明,当微波功率为500W、酚／竹固液比为4：1、浓硫酸为8％、液化温度为150℃、反应时间为8min时,液化效果最优,所得产物的残渣率仅为O．289％。采用红外光谱对竹粉液化前后官能团变化进行了分析,结果表明,经过苯酚液化后芳环被引入到竹粉的分子结构中。     

毛竹多元醇液化及液化产物的分析

以多元醇和丙三醇为液化剂,硫酸为催化剂,对毛竹粉进行了液化实验。通过单因素分析和正交实验方法研究竹粉多元醇液化工艺,从节省能源和时间的角度考虑,确定其最佳液化工艺条件为:聚乙二醇400与丙三醇质量比为80∶2 0,在液固质量比3.5∶1、硫酸质量分数3%、反应温度160℃、反应时间90 min时,液化率可达99.32%。所得毛竹粉多元醇液化产物的羟值为28～142.63 mg/g,黏度为100～840 mPa.s。并用红外光谱、GC-MS、凝胶渗透色谱分析了液化产物。     

竹材酚醇液化及其甲醛树脂的FT-IR分析

采用傅立叶红外光谱法分析了竹刨花在苯酚与聚乙二醇-400溶剂作用下酸催化液化产物的化学结构,以及液化物甲醛树脂的结构特征。分析表明:在液化过程中木质素、纤维素和半纤维素都发生了不同程度的降解,产生了很多的小分子物质;并且同时加入两种液化试剂,可以使竹刨花发生两种不同的液化反应。     

竹材液化物酚醛树脂胶固化及固化动力学研究

采用非等温差示热量扫描DSC曲线方法探讨了竹材液化物酚醛树脂胶不同物质的量之比时的固化反应过程。在25～300℃温度范围内,运用Kissinger方程对不同的升温速率下竹材液化物酚醛树脂胶的DSC曲线进行了固化动力学研究。结果表明:随着甲醛配比的提高(苯酚与甲醛物质的量之比分别为1:1.3、1:1.6、1:1.8),竹材液化物酚醛胶的固化过程表观活化能逐渐减小,分别为64.60、58.36、57.12 kJ/mol;3种配比的竹材液化物酚醛胶的固化反应模型分别为:da/dt=1.30×10⁵e^-64600/RT(1-a)^0.9054,da/dt=1.37×10⁵e^-58360/RT(1-a)^0.8971和da/dt=1.44×10⁵e^-57120/RT(1-a)^0.8959;随着甲醛配比的提高,利用外推法得出的静态(β=0 K/min)的特征固化温度T_i、T_p和T_f均逐渐降低,结果与竹材液化物酚醛胶固化反应的表观活化能的大小顺序一致。     

竹粉改性聚氯乙烯材料的研究

采用竹粉填充聚氯乙烯,研究了竹粉纤维预处理、竹粉纤维含量、粒径大小对改性聚氯乙烯塑料性能的影响。发现对竹粉纤维进行碱处理、偶联处理可提高复合材料的拉伸强度,但冲击强度略有下降;竹粉纤维含量的增加、粒径增大会使改性聚氯乙烯塑料拉伸强度、冲击强度下降。该改性聚氯乙烯塑料的综合性能良好,仍有广阔的应用前景。采用竹粉填充聚氯乙烯,研究了竹粉纤维预处理、竹粉纤维含量、粒径大小对改性聚氯乙烯塑料性能的影响。发现对竹粉纤维进行碱处理、偶联处理可提高复合材料的拉伸强度,但冲击强度略有下降;竹粉纤维含量的增加、粒径增大会使改性聚氯乙烯塑料拉伸强度、冲击强度下降。该改性聚氯乙烯塑料的综合性能良好,仍有广阔的应用前景。     

竹粉用量对呋喃树脂基木塑复合材料性能的影响

采用呋喃树脂和竹粉作原料,用传统的热压成型方法来制备呋喃树脂基木塑复合材料。研究了竹粉用量对木塑复合材料性能的影响。结果表明:当竹粉用量为40%时,材料各方面的性能达到最佳。     

PVC/竹粉复合材料制备

在固相反应器中对竹粉进行机械活化乙酰化改性,将改性竹粉与聚氯乙烯(PVC)混合均匀,热压成型制备PVC/竹粉复合材料.考察催化剂浓硫酸用量、乙酸酐用量、机械活化时间和温度对复合材料力学性能的影响,并对改性前后的竹粉及其复合材料断面进行表征.结果表明,当乙酸酐与改性竹粉的物质的量之比为3.5︰1、机械活化温度为80℃、机...     

竹塑复合材料力学性能研究

将竹粉与聚乙烯(PE)及其他助剂按一定比例,通过熔融共混挤出等方法制备了竹塑复合材料。对PE/竹粉复合材料的力学性能进行了测试。结果表明:随着竹粉用量的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度逐渐增强但,冲击强度下降。研究了不同温度下复合材料的性能,并对其相关机理进行了初步探讨。