香蕉假茎多元醇液化过程控制及液化产物的分析和应用研究

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生物质资源具有储量丰富、可再生和对环境无污染的特点,应用前景广阔。生物质液化技术是一种高效的利用生物质资源的方式,它将固态的生物质原料转化为液态粘稠的混合物。本文对木质纤维原料之一的香蕉假茎多元醇液化,探讨残渣及液化产物在液化过程中发生的变化,同时探讨液化产物应用的多样性并制得香蕉假茎液化物基聚氨酯胶黏剂。采用FT-IR、XRD、TG、SEM、GPC、GC-MS还有核磁共振方法对部分产物进行了较为全面的分析。主要内容和结论如下:(1)在香蕉假茎多元醇液化部分,体系温度为150℃,采用单因素分析和正交试验方法研究液固比、时间、催化剂用量对残渣中纤维素含量变化的影响。结果表明增大液固比、延长液化时间和增加催化剂用量使残渣中纤维素含量先上升后下降,正交试验确定的最佳液化工艺为液固比12:1、液化时间60min、催化剂用量:2.5mmol/g(催化剂摩尔数/香蕉假茎质量),残渣中纤维素含量为65.37%。采用FT-IR,TG,XRD和SEM测试方法表征样品的结构性能。残渣的木质素特征吸收峰基本消失,XRD得到残渣和纤维素的相对结晶度分别为51.96%和62.37%高于原料的相对结晶度,同时TG表明残渣与纤维素的热稳定性高于原料,即纤维素含量的增加提高了残渣的热稳定性,SEM显示在香蕉假茎表面有明显的降解反应发生,以上结论说明在液化过程中木素和半纤维素被部分去除而纤维素得到保留。(2)香蕉假茎多元醇液化产物成分复杂,国内外采用柱层析的方法分离生物质液化产物的报道较少。通过分级萃取液化产物得到要分离样品即混合物C和混合物D,根据薄层层析实验结果进行柱层析分离,筛选出洗脱剂种类为乙醇和丙酮,二者体积之比为50:50。采用FT-IR、UV、1H-NMR和13C-NMR测试方法表征柱层析分离得到的未知物,分析其性质并推断可能存在的结构片段。UV谱图结合FT-IR、1H-NMR和13C-NMR测试方法表明C-1和C-3含有相似结构片段,D-1和D-2含有相似的结构片段。综上所述,推断香蕉假茎多元醇液化产物中至少含有如下三种结构的物质:①4-羰基-戊酸乙酯;②2-羟基-3-甲基-丁二酸二乙酯;③3-羰基-18碳烷。(3)液化产物是富含羟基的多元醇混合物可以取代传统的聚醚多元醇制备聚氨酯胶黏剂。影响液化率的因素很多,时间、温度、液固比和催化剂用量。延长液化时间,羟值减小酸值增大。液化产物取代PEG400与二苯甲烷二异氰酸酯(4,4’-MDI)反应制得香蕉假茎液化物基聚氨酯胶黏剂。增大取代率,胶黏剂的剪切强度减小而热稳定性越高,取代率为16.70%剪切强度达最高值4.40MPa。聚氨酯胶黏剂耐化学性较好其胶接接头的破坏形式为内聚破坏是较为理想的胶接接头破坏方式之一。
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