高温高压酸性条件下DHP的自缩合及其与植物纤维的聚合反应
批准号:
32071722
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
王鹏
依托单位:
学科分类:
草培育、保护与利用
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王鹏
中文摘要
传统的人造板生产过程中由于采用含甲醛(如脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂)胶黏剂而引起甲醛污染。近年来人们开发了生物质胶黏剂,但是,生物质胶黏剂也存在甲醛污染或者胶合性能不理想等问题。本项目模拟植物体内木素、纤维素和半纤维素的交联方式,在漆酶/β-葡萄糖苷酶/O2构成的木素氧化酶体系作用下,木素前驱物松柏醇葡萄糖苷发生脱氢聚合反应,在植物纤维表面沉积出脱氢聚合物DHP,然后以表面沉积DHP的纤维为原料,利用DHP中侧链富含共轭双键易产生碳正离子并易发生自缩合的特性,实现DHP在人造板制备过程中的高温高压及酸性成型条件下的高效自缩合以及与植物纤维三大组分的聚合,使DHP与植物纤维间形成包覆互穿和共价键交联,有效提高纤维之间的结合强度,从而制备出具有高强度和高抗水性的人造板,彻底解决人造板中的甲醛污染问题,同时,为人工合成DHP增强纤维间结合强度提供新方法、新理论。
英文摘要
Formaldehyde pollution will occur when the formaldehyde-containing adhesives such as melamine-formaldehyde, urea-formaldehyde and phenol-formaldehyde are applied in the manufacture of conventional wood-based panel. Recently, bio-based adhesives have been developed. However, the bio-based adhesives also cause formaldehyde pollution or have low bonding property. In this work, crosslinking of cellulose, hemicellusoe and lignin in plant will be simulated. DHP (Dehydrogenation Polymer, DHP) was formed on the surface of fibers by the dehydrogenative polymerization reaction of coniferin in the presence of a mixture containing laccase, β-glucosidase, O2. Because of the abundant of conjugated double bonds at the side chain of DHP, cationic carbon is easy to be formed and lead to self-condensation of DHP. Then, wood-based panel with excellent strength and water resistance properties will be prepared with plant fibers through efficient self-condensation reaction of DHP and polymerization between DHP and three major components of plant fiber under high temperature and pressure in acidic condition. The problem of formaldehyde pollution from wood-based panel will be completely resolved. This research will provide a new method and a new theory for artificial DHP in the application of the improvement of inter fiber bonding strength.
传统的人造板在生产过程中使用含甲醛胶粘剂会产生甲醛污染,危害着环境和人类健康。在植物体内,木素就像胶黏剂一样,对植物纤维具有很强的粘合作用,赋予木材良好的强度和抗水性能。本项目模拟植物体内木素、纤维素和半纤维素的交联方式,在漆酶/β-葡萄糖苷酶/O2构成的木素氧化酶体系作用下,以木素前驱物松柏醇葡萄糖苷为原料,制备出具有天然木素结构的木素脱氢聚合物(Dehydrogenation Polymer,简称DHP)。以DHP为原料,本项目系统研究了(1)酸性条件下DHP的热缩合反应机理及影响因素;(2)酸性条件下DHP与植物纤维三大组分的聚合反应性能;(3)DHP在无甲醛人造板制备中的应用。研究结果表明:DHP在高温酸性条件下能够发生高效缩合反应。缩合反应机理为DHP中的松柏醇结构形成丙烯基碳正离子,丙烯基碳正离子与DHP苯环上的C6发生缩合反应。混合法合成的DHP比滴加法合成的DHP易于缩合,其原因是混合法合成的DHP中松柏醇结构含量比滴加法高;缩合温度和酸浓度对DHP的缩合有重要的影响,提高温度和增加酸的浓度能够促进DHP的缩合。DHP在高温高压酸催化条件下能够与植物中的纤维素和半纤维素中的主要糖组分发生缩合,形成类似LCC共价连接键,尤其是DHP与纤维素中的葡萄糖生成的LCC连接键较多。同时,DHP与木素也能发生缩合反应,形成了高分子量的缩合产物。在DHP用量为20g/m2,酸用量为4%,热压温度为170℃,热压时间为25min,热压压力为1.6MPa时,胶合板的湿胶合强度为1.89MPa,远远超过国家标准要求(0.7MPa)。在高温酸性条件下,DHP也能与工业木素发生缩合反应,制备出KL-DHP胶黏剂,胶合植物纤维。在KL-DHP中,DHP占60%时,胶合板的干胶合强度为1.58MPa,湿胶合强度为1.82MPa。总之,围绕上述研究内容,本项目阐明了DHP的缩合机理及其与植物纤维组分的热聚合性能,在此基础上研制出具有高强度和高抗水性能的人造板,为无甲醛人造板与工业木素的研究和开发提供新方法、新理论。
细胞壁多糖与DHP间苯甲酯键的高效形成及纸页的增强
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批准号:31300494
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2013
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负责人:王鹏
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依托单位:
国内基金
海外基金