CN110734529A - 一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法 - Google Patents
一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,包括如下步骤:A预处理:将粉碎过筛的坚果壳生物质先经真空干燥至含水率为3%以下备用;B液化反应:将经过干燥后的坚果壳生物质与苯酚原浆混合搅拌,将反应体系反应,取出液化物后,利用二氧六环和液化物充分搅拌溶解,通过真空抽滤过滤掉非液化物质,干燥得到滤液,再将滤液以60℃‑0.9MPa的条件下旋转蒸发旋出多余的二氧六环,得坚果壳生物质液化产物备用;C树脂化反应:采取二次甲醛法制备高邻位热塑性酚醛树脂。本发明方法可填补由坚果生物质基制备高邻位酚醛树脂的空白,缓解石化产品的危机,且本发明原料来源广泛,工艺简单,减少环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及生物质利用技术领域,具体涉及一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法。
背景技术
传统制备酚醛树脂的原料为石化产品,随着能源危机的日益加剧,迫切需要一种新的物质来代替石化原料。坚果壳类生物质作为一种可再生能源,可以替代石化产品苯酚参与反应,因此在制备生物基酚醛树脂的领域中有广阔的应用前景,而坚果壳是一种丰富的生物质资源,其木质素的含量高达56.65%,愈创木基苯丙烷单元含量更高达80.68%。在与甲醛反应过程中,木质素单元特别是愈创木基的C-3和C-5位易受酚羟基影响而具有较好的反应活性,在一定条件下可以部分替代苯酚参与酚醛缩合反应。而高邻位酚醛树脂(O/P>1)为高性能酚醛树脂,可以获得更加优秀的反应活性,和更加稳定的热性能。
生物质作为一种可再生资源,其开发不仅可以减少对化石燃料的依赖,还可以降低对环境的污染,有效促进国民经济的可持续发展,生物质液化是常用的生物质利用技术之一,在利用苯酚液化坚果壳方面,人们得出苯酚对富含木质素的坚果壳是一种很好的液化试剂,为液化反应提供活性基团,将坚果壳降解生成低分子物质,利用坚果壳液化低分子物进行缩合反应。
目前,缺乏一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法。
本发明的技术方案如下:本发明的一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,包括如下步骤:
A预处理:将粉碎过筛的坚果壳生物质先经真空干燥至含水率为3%以下备用;
B液化反应:将经过干燥后的坚果壳生物质与苯酚原浆混合搅拌,将反应体系温度升为40℃,逐滴加入催化剂,后将反应体系升温至150℃,在150℃的条件下持续反应150min,取出液化物后,利用二氧六环和液化物充分搅拌溶解,通过真空抽滤过滤掉非液化物质,干燥得到滤液,再将滤液以60℃-0.9MPa的条件下旋转蒸发旋出多余的二氧六环,得坚果壳生物质液化产物备用;所述的利用二氧六环溶解已液化的物质,过滤掉非液化物质,再通过旋转蒸发回收二氧六环,从而有效分离未液化的坚果壳残渣,以免影响后面的操作。
C树脂化反应:将液化物中苯酚与相应摩尔比的1/2的甲醛及催化剂混合加热至沸腾反应30min,然后再将剩余1/2的甲醛加入,高温回流沸腾80~150min,以无水乙醇为溶剂将其溶解并过滤,取滤液旋转蒸发,再经过蒸馏水抽滤冲洗真空干燥,制得高邻位热塑性酚醛树脂。
进一步地,在步骤A中,所述的坚果壳类生物质为核桃壳、澳洲坚果壳、松子壳或榛子壳中的任意一种。
进一步地,在步骤A中,所述的坚果壳生物质粉碎后为粉末状,所述的坚果壳生物质过筛是粉碎过≥200目筛,直径≤0.074mm,所述的真空干燥时的容器为真空干燥箱。
更进一步地,在步骤B中,所述蒸发使用旋转蒸发仪。
进一步地,在步骤B中,所述的坚果壳类生物质原料和苯酚原浆的质量比为1:5。
进一步地,在步骤B中,所述的二氧六环与液化物的质量比为1:4。
更进一步地,在步骤B中,催化剂占原料的质量百分比为3%,所述的催化剂为浓硫酸。
进一步地,在步骤C中,所述的计算得出的苯酚理论值与添加的甲醛的摩尔比为1:0.75。
进一步地,在步骤C中,在步骤C中,所述的催化剂为氢氧化锌,所述的氢氧化锌以液化物中苯酚的物质的量为参照,为0.98g/mol。
更进一步地,在步骤C中,所述的反应体系的环境以达到弱酸的程度,pH为4-6。
有益效果:本发明方法可填补由坚果生物质基制备高邻位酚醛树脂的空白,缓解石化产品的危机,且本发明原料来源广泛,工艺简单,减少环境污染。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:(1)本发明的方法制备的产品的树脂得率为77.37%,树脂数均分子量为4499,分子量分布指数为1.417,邻对位比值为1.22的高邻位热塑性酚醛树脂。
(2)本发明的原料坚果壳生物质,坚果壳生物质作为一种可再生资源,其开发不仅可以减少对化石燃料的依赖,还可以降低对环境的污染。有效促进国民经济的可持续发展,生物质液化是常用的生物质利用技术之一。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明。应该理解的是,这些实施例是本发明的阐释和举例,并不以任何形式限制本发明的范围。
实施例1
本发明的一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,包括如下步骤:
A预处理:将30g核桃壳粉(200目以上)在真空干燥箱中以80℃干燥12h至含水率达到3%以下;
B液化反应:将经过干燥后的坚果壳生物质30g与苯酚原浆120g按照1:4的质量比例混合搅拌,将反应体系温度升为40℃,逐滴加入占苯酚3%含量的催化剂,即3.6g浓硫酸,后将反应体系升温至150℃,持续反应150min,取出冷却至室温后以614.4g二氧六环搅拌溶解,通过真空抽滤过滤掉非液化物质,再经过旋转蒸发仪以60℃,-0.9MPa旋出多余的二氧六环,得坚果壳生物质液化产物。
C树脂化反应:计算得出液化物中添加苯酚原浆的理论值,按照苯酚:甲醛摩尔比为1:0.75来制备高邻位热塑性酚醛树脂,即77.62g甲醛水溶液:先将液化物与38.80g甲醛及1.25g氢氧化锌混合加热至沸腾反应30min,然后再将剩余的甲醛加入,高温回流沸腾120min,以无水乙醇为溶剂将其溶解并过滤,取滤液旋转蒸发,再经过蒸馏水抽滤冲洗真空干燥得到高邻位热塑性酚醛树脂。结果表明此方法树脂得率为57.9%,树脂的数均分子量为3396,分子量分布指数为1.406,邻对位比值为1.105的高邻位热塑性酚醛树脂。
实施例2
本发明的一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,包括如下步骤:
A预处理:将30g核桃壳粉(200目以上)在真空干燥箱中以80℃干燥12h至含水率达到3%以下;
B液化反应:将经过干燥后的坚果壳生物质30g与苯酚原浆150g按照1:5的质量比例混合搅拌,将反应体系温度升为40℃,逐滴加入占苯酚3%含量的催化剂,即4.5g浓硫酸,后将反应体系升温至150℃,持续反应150min,取出冷却至室温后以738g二氧六环搅拌溶解,通过真空抽滤过滤掉非液化物质,再经过旋转蒸发仪以60℃,-0.9MPa旋出多余的二氧六环,得坚果壳生物质液化产物。
C树脂化反应:计算得出液化物中添加苯酚原浆的理论值,按照苯酚:甲醛摩尔比为1:0.75来制备高邻位热塑性酚醛树脂,即97.02g甲醛水溶液:先将液化物与48.51g甲醛及1.56g氢氧化锌混合加热至沸腾反应30min,然后再将剩余的甲醛加入,高温回流沸腾110min,以无水乙醇为溶剂将其溶解并过滤,取滤液旋转蒸发,再经过蒸馏水抽滤冲洗真空干燥得到高邻位热塑性酚醛树脂。结果表明:此方法树脂得率为77.37%,树脂数均分子量为4499,分子量分布指数为1.417,邻对位比值为1.22的高邻位热塑性酚醛树脂。
实施例3
本发明的一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,包括如下步骤:
A预处理:将30g核桃壳粉(200目以上)在真空干燥箱中以80℃干燥12h至含水率达到3%以下;
B液化反应:将经过干燥后的坚果壳生物质30g与苯酚原浆180g按照1:6的质量比例混合搅拌,将反应体系温度升为40℃,逐滴加入占苯酚3%含量的催化剂,即5.4g浓硫酸,后将反应体系升温至150℃,持续反应150min,取出冷却至室温后以861g二氧六环搅拌溶解,通过真空抽滤过滤掉非液化物质,再经过旋转蒸发仪以60℃,-0.9MPa旋出多余的二氧六环,得坚果壳生物质液化产物。
C树脂化反应:计算得出液化物中添加苯酚原浆的理论值,按照苯酚:甲醛摩尔比为1:0.75来制备高邻位热塑性酚醛树脂,即116.43g甲醛水溶液:先将液化物与58.2g甲醛及1.87g氢氧化锌混合加热至沸腾反应30min,然后再将剩余的甲醛加入,高温回流沸腾80min,以无水乙醇为溶剂将其溶解并过滤,取滤液旋转蒸发,再经过蒸馏水抽滤冲洗真空干燥得到高邻位热塑性酚醛树脂。结果表明:此方法树脂得率为79%,树脂数均分子量为4259,分子量分布指数为1.597,邻对位比值为1.19的高邻位热塑性酚醛树脂。
实施例4
本发明的一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,包括如下步骤:
A预处理:将30g澳洲坚果壳粉(200目以上)在真空干燥箱中以80℃干燥12h至含水率达到3%以下;
B液化反应:将经过干燥后的坚果壳生物质30g与苯酚原浆150g按照1:5的质量比例混合搅拌,将反应体系温度升为40℃,逐滴加入占苯酚2%含量的催化剂,即3g浓硫酸,后将反应体系升温至150℃,持续反应150min,取出冷却至室温后以732g二氧六环搅拌溶解,通过真空抽滤过滤掉非液化物质,再经过旋转蒸发仪以60℃,-0.9MPa旋出多余的二氧六环,得坚果壳生物质液化产物。
C树脂化反应:计算得出液化物中添加苯酚原浆的理论值,按照苯酚:甲醛摩尔比为1:0.75来制备高邻位热塑性酚醛树脂,即97.02g甲醛水溶液:先将液化物与48.51g甲醛及1.56g氢氧化锌混合加热至沸腾反应30min,然后再将剩余的甲醛加入,高温回流沸腾120min,以无水乙醇为溶剂将其溶解并过滤,取滤液旋转蒸发,再经过蒸馏水抽滤冲洗真空干燥得到高邻位热塑性酚醛树脂。结果表明:此方法树脂得率为72.7%,树脂数均分子量为3995,分子量分布指数为1.581,邻对位比值为1.08的高邻位热塑性酚醛树脂。
实施例5
本发明的一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,包括如下步骤:
A预处理:将30g澳洲坚果壳粉(200目以上)在真空干燥箱中以80℃干燥12h至含水率达到3%以下;
B液化反应:将经过干燥后的坚果壳生物质30g与苯酚原浆150g按照1:5的质量比例混合搅拌,将反应体系温度升为40℃,逐滴加入占苯酚4%含量的催化剂,即6g浓硫酸,后将反应体系升温至150℃,持续反应150min,取出冷却至室温后以744g二氧六环搅拌溶解,通过真空抽滤过滤掉非液化物质,再经过旋转蒸发仪以60℃,-0.9MPa旋出多余的二氧六环,得坚果壳生物质液化产物。
C树脂化反应:计算得出液化物中添加苯酚原浆的理论值,按照苯酚:甲醛摩尔比为1:0.75来制备高邻位热塑性酚醛树脂,即97.02g甲醛水溶液:先将液化物与48.51g甲醛及1.56g氢氧化锌混合加热至沸腾反应30min,然后再将剩余的甲醛加入,高温回流沸腾120min,以无水乙醇为溶剂将其溶解并过滤,取滤液旋转蒸发,再经过蒸馏水抽滤冲洗真空干燥得到高邻位热塑性酚醛树脂。结果表明:此方法树脂得率为79.76%,树脂数均分子量为4530,分子量分布指数为1.789,邻对位比值为1.13的高邻位热塑性酚醛树脂。
实施例6
本发明的一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,包括如下步骤:
A预处理:将30g澳洲坚果壳粉(200目以上)在真空干燥箱中以80℃干燥12h至含水率达到3%以下;
B液化反应:将经过干燥后的坚果壳生物质30g与苯酚原浆150g按照1:5的质量比例混合搅拌,将反应体系温度升为40℃,逐滴加入占苯酚3%含量的催化剂,即4.5g浓硫酸,后将反应体系升温至150℃,持续反应150min,取出冷却至室温后以738g二氧六环搅拌溶解,通过真空抽滤过滤掉非液化物质,再经过旋转蒸发仪以60℃,-0.9MPa旋出多余的二氧六环,得坚果壳生物质液化产物。
C树脂化反应:计算得出液化物中添加苯酚原浆的理论值,按照苯酚:甲醛摩尔比为1:0.8来制备高邻位热塑性酚醛树脂,即103.49g甲醛水溶液:先将液化物与51.74g甲醛及1.56g氢氧化锌混合加热至沸腾反应30min,然后再将剩余的甲醛加入,高温回流沸腾120min,以无水乙醇为溶剂将其溶解并过滤,取滤液旋转蒸发,再经过蒸馏水抽滤冲洗真空干燥得到高邻位热塑性酚醛树脂。结果表明:此方法树脂得率为78.98%,树脂数均分子量为4229,分子量分布指数为1.017,邻对位比值为1.20的高邻位热塑性酚醛树脂。
实施例7
本发明的一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,包括如下步骤:
A预处理:将30g松子壳粉(200目以上)在真空干燥箱中以80℃干燥12h至含水率达到3%以下;
B液化反应:将经过干燥后的坚果壳生物质30g与苯酚原浆150g按照1:5的质量比例混合搅拌,将反应体系温度升为40℃,逐滴加入占苯酚3%含量的催化剂,即4.5g浓硫酸,后将反应体系升温至150℃,持续反应150min,取出冷却至室温后以738g二氧六环搅拌溶解,通过真空抽滤过滤掉非液化物质,再经过旋转蒸发仪以60℃,-0.9MPa旋出多余的二氧六环,得坚果壳生物质液化产物。
C树脂化反应:计算得出液化物中添加苯酚原浆的理论值,按照苯酚:甲醛摩尔比为1:0.75来制备高邻位热塑性酚醛树脂,即90.55g甲醛水溶液:先将液化物与45.28g甲醛及1.56g氢氧化锌混合加热至沸腾反应30min,然后再将剩余的甲醛加入,高温回流沸腾120min,以无水乙醇为溶剂将其溶解并过滤,取滤液旋转蒸发,再经过蒸馏水抽滤冲洗真空干燥得到高邻位热塑性酚醛树脂。结果表明:此方法树脂得率为72%,树脂数均分子量为3729,分子量分布指数为1.099,邻对位比值为1.056的高邻位热塑性酚醛树脂。
实施例8
本发明的一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,包括如下步骤:
A预处理:将30g榛子壳粉(200目以上)在真空干燥箱中以80℃干燥12h至含水率达到3%以下;
B液化反应:将经过干燥后的坚果壳生物质30g与苯酚原浆150g按照1:5的质量比例混合搅拌,将反应体系温度升为40℃,逐滴加入占苯酚3%含量的催化剂,即4.5g浓硫酸,后将反应体系升温至150℃,持续反应150min,取出冷却至室温后以738g二氧六环搅拌溶解,通过真空抽滤过滤掉非液化物质,再经过旋转蒸发仪以60℃,-0.9MPa旋出多余的二氧六环,得坚果壳生物质液化产物。
C树脂化反应:计算得出液化物中添加苯酚原浆的理论值,按照苯酚:甲醛摩尔比为1:0.75来制备高邻位热塑性酚醛树脂,即97.02g甲醛水溶液:将液化物与全部甲醛加热至沸腾反应30min,然后再将1.56g氢氧化锌加入,高温回流沸腾120min,以无水乙醇为溶剂将其溶解并过滤,取滤液旋转蒸发,再经过蒸馏水抽滤冲洗真空干燥得到高邻位热塑性酚醛树脂。结果表明:此方法树脂得率为59%,树脂数均分子量为2729,分子量分布指数为1.743,邻对位比值为1.106的高邻位热塑性酚醛树脂。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,其特征在于包括如下步骤:
A预处理:将粉碎过筛的坚果壳生物质先经真空干燥至含水率为3%以下备用;
B液化反应:将经过干燥后的坚果壳生物质与苯酚原浆混合搅拌,将反应体系温度升为40℃,逐滴加入催化剂,后将反应体系升温至150℃,在150℃的条件下持续反应150min,取出液化物后,利用二氧六环和液化物充分搅拌溶解,通过真空抽滤过滤掉非液化物质,干燥得到滤液,再将滤液以60℃-0.9MPa的条件下旋转蒸发旋出多余的二氧六环,得坚果壳生物质液化产物备用;
C树脂化反应:将液化物中苯酚与相应摩尔比的1/2的甲醛及催化剂混合加热至沸腾反应30min,然后再将剩余1/2的甲醛加入,高温回流沸腾80~150min,以无水乙醇为溶剂将其溶解并过滤,取滤液旋转蒸发,再经过蒸馏水抽滤冲洗真空干燥,制得高邻位热塑性酚醛树脂。
2.根据权利要求1所述的坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,其特征在于:在步骤A中,所述的坚果壳类生物质为核桃壳、澳洲坚果壳、松子壳或榛子壳中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,其特征在于:在步骤A中,所述的坚果壳生物质粉碎后为粉末状,所述的坚果壳生物质过筛是粉碎过≥200目筛,直径≤0.074mm,所述的真空干燥时的容器为真空干燥箱。
4.根据权利要求1所述的坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,其特征在于:在步骤B中,所述蒸发使用旋转蒸发仪。
5.根据权利要求1所述的坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,其特征在于:在步骤B中,所述的坚果壳类生物质原料和苯酚原浆的质量比为1:5。
6.根据权利要求1或5所述的坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,其特征在于:在步骤B中,所述的二氧六环与液化物的质量比为1:4。
7.根据权利要求1或5所述的坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,其特征在于:在步骤B中,催化剂占原料的质量百分比为3%,所述的催化剂为浓硫酸。
8.根据权利要求1所述的坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,其特征在于:在步骤C中,所述的计算得出的苯酚理论值与添加的甲醛的摩尔比为1:0.75。
9.根据权利要求1所述的坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,其特征在于:在步骤C中,所述的催化剂为氢氧化锌,所述的氢氧化锌与液化物中苯酚物质的量为参照,为0.98g/mol。
10.根据权利要求1所述的坚果壳类生物质液化物制备高邻位热塑性酚醛树脂的方法,其特征在于:在步骤C中,所述的反应体系的环境以达到弱酸的程度,pH为4-6。
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