苯酚溶剂制浆性能的研究开题报告

 2021-08-21 21:32:21

1. 研究目的与意义

我国是森林资源相对匾乏的国家,长期以来,木材的供需矛盾一直成为制约我国经济全面发展的因素之一,因此,对木材进行全方位的利用研究具有十分重要的现实意义和深远的历史意义。目前,我国的木材加工利用水平不高,相当多的木材剩余物没有得到有效的利用,大量刨花、锯末、边角料等剩余物大都直接废弃或烧掉,不但造成了环境的污染,也同时产生了相当数量的生物质资源的浪费。与此同时,随着天然林保护工程在我国的全面实施,我国原有的天然林采伐作用己逐步封闭,木材资源必将将从天然林向人工林、高质木材向低质木材转移。人工林或速生丰产林在材质上的固有缺陷,如材质疏松、密度较低、物理力学强度低、耐磨性差、表面硬度差等在很大程度制约着其应用。另一方面,目前木材加工等行业常用的酚醛树脂的合成采用的苯酚是来源于石油矿产资源的,其可供开发利用的年限已非常有限。为了有效的利用木材资源减少浪费、提高低质木材的使用价值并实现其高效利用、采用可再生的木材资源替代有限的石油资源,对木材液化的研究具有十分积极的重要意义。关于木材液化的研究目前虽然已经取得了一些成果,但明显还存在许多问题有待解决。就木材的苯酚液化而言,以往的研究主要是采用特定的树种,对木材的液化过程影响因素进行分析试验,而对整个液化工艺参数以及各影响因素之间的交互影响作用缺乏更深入的研究。对木材的液化也只是采用的是木材的木粉,而没有将其化学组分提取后进行更进一步的液化试验分析对比。

2. 国内外研究现状分析

近十年来,国外的研究人员主要将木材液化的研究内容放在对液化方法的探讨、液化过程中木材主成分化学结构变化机理分析和液化产物的多方位利用上,主要包括以下几个方面:关于液化方法:目前采用的主要液化方法依然是,在液化剂(苯酚或多元醇)作用下,在酸性、碱性或金属盐类催化剂存在时,对无任何化学处理木材进行常压液化,对苯酚液化剂在酸性条件下特别是硫酸催化的木材液化研究的更多。最近,有人将超临界技术引入到木材的苯酚液化中,使木材实现了快速液化。若采用多元醇进行木材液化,例如采用碳酸乙烯酷作为液化剂进行木材的快速液化,也可得到理想的效果。关于液化机理:木材液化时,木素和纤维素在结构上的变化均有学者进行研究(山田奄彦,1999;Yasudaeral,1989;山田裕子等,2001;Kobayashietal,2004)。研究发现,在木材的三大化学组分中,木素是最容易液化的,半纤维素次之,而纤维素是木材的苯酚液化及其生成物的树脂化最难液化的。这意味着,木材液化的速度取决于纤维素的含量,或者说,对纤维素含量较高的原料,在液化时需要的条件更剧烈。值得提出的是,对木素液化机理的分析探讨研究是采用木素模型物进行的,而对纤维素结构在液化过程中的变化,采用的是棉纤维素。因此,对天然木材中的天然纤维素和木素的变化情况,目前仍不十分清楚。关于液化产物的利用:木材液化产物的利用根据所采用的液化剂不同而异。一般,采用苯酚液化后的产物主要用于制造改性酚醛树脂,包括热固性的酚醛树脂和热塑性的酚醛树脂,前者用于木材加工用的胶粘剂,后者则主要用于模塑材料。与传统的酚醛树脂相比,新树脂在性能上具有更好的生物降解性能,

在与环境的协调性上更胜一筹;也可用苯酚液化产物制作酚醛树脂泡沫材料,产品用于具有保温隔热作用的功能性材料,可用于建筑业;或采用木材苯酚液化产物制造具有特殊性能的碳素纤维等。而采用多元醇作液化剂得到的产物则多用于制造聚氨酷树脂接触和环氧树脂,或与环氧树脂共混制造新型树脂(Kobayashietal,2000;2001),其最后的产品是具有一定特殊功能的可降解发泡材料或模压制品等。

3. 研究的基本内容与计划

利用苯酚溶液对木片进行蒸煮,对蒸煮所得的浆料进行研究,确定正确的蒸煮的工艺参数,为以后的工业生产提供理论依据。

4. 研究创新点

可以大大减少造纸的制浆污染。该方法与传统制浆方法的显著区别是不采用碱或酸等无机物,因此可降低废水的化学耗氧量(COD)。而且,在制浆后期,有机溶剂可以回收再利用。一方面,降低了废液的排放量,据报道,该方法制浆废液量仅为传统KP浆废液量的1/3~l/4,从而减轻了污染负荷;另一方面。由于有机溶剂的易挥发性,废液的浓度较高,可直接采用燃烧法处理,避免了传统方法困废液浓度低,采用燃烧法必须先蒸发浓缩的弊端,从而可以减少回收成本同时,消除了传统KP制浆的臭昧,主要是甲硫醇,甲硫醚类引起,改善劳动环境,减少大气污染。纸浆得率高,且具有较好的物理性能。有机溶剂制浆可以获得比传统KP浆高510%得率的纸浆,且物理性能(尤其强度指标)优于KP浆。加之,有机溶剂可以循环利用,降低了生产成本,提高原料的利用率。但是,目前由于该方法的制浆温度和压力较高,不适合现有企业的改造和利用。如果将该方法和机械制浆结合起来,先利用传统的制浆设备,在常用的温度和压力下,用有机溶剂脱除大部分木素,使原料软化,再利用机械方法磨解成纸浆,从而使其具有广阔的应用前景。本课题就是基于这种思路进行了探索性研究,取得了可喜的结果。

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