木质素基酚醛胶黏剂的研究文献综述

 2022-02-13 18:26:50

全文总字数：30674字

木质素制备胶黏剂的研究进展

摘要：生物质是重要的可再生资源，种类繁多、分布广泛、数量庞大并且获取方法和提炼工艺多样。其中，木质素的开发利用备受青睐，它是为数不多的几种能够提供芳香结构的天然聚合物资源之一，也是农林废弃物和造纸业废黒液的主要成分。木质素具有甲氧基、羰基、醌基、酚和脂肪族羟基等常见的反应性官能团，将木质素应用于胶黏剂生产可实现木质素的增值化利用。另一方面，普通分子结构的胶黏剂已远不能满足社会需求，因此高分子类聚合物成为胶黏剂制备的重要研究方向，木质素的大分子特性备受瞩目。

关键词：木质素、木材胶黏剂

Introduction

胶黏剂应用行业广，主要有包装运输、建筑装饰领域、制造业、文物保护与修复、医疗行业、新能源行业等，需求量极大，2019 年全球胶黏剂的市场规模已经接近 500亿美元且仍在增长。但很多胶黏剂的生产过程都需要使用石油化工原料如苯酚、甲醛、聚醚多元醇等。随着工业的迅猛发展，这些不可再生资源被大量消耗而变得紧缺和昂贵。据英国石油公司(BP)2019 年 6 月最新发布的《世界能源统计年鉴 2019》表明：2018 年全球的一次能源消耗增速 2.9%，导致碳排放量增长 2%，为 2011 年以来增长率之最高[1]。其中，煤炭消费增长以印度(3600 万吨油当量)和中国(1600 万吨油当量)为主。与此同时，大量化石原料加工和利用过程中所产生的碳化合物、硫化合物、氮化合物等废料废气也是环境污染的罪魁祸首。中国是世界上最大的人造板生产国，每年的产量也是居世界前列，在我国人造板市场中醛类板材占主要得地位。但是醛类胶合板在生产中产生重大问题，甲醛释放量巨大[2]，所以随着人们对环保意识的提到，人们对甲醛问题的关注度也不断升温。因此开发以一种低醛甚至无醛的胶黏剂是必要的。另一方面传统的醛类胶黏剂的生产依靠着石油资源的开采，目前我国的石油资源相对缺乏而且价格也是不断上升，所以开发一种低成本的，环保的并且不依赖石油资源为基础的环保型胶黏剂是木材行业的紧迫任务[3]。

我国是世界人造板生产大国，据统计，2017年我国人造板产量达到2.95亿m3，人造板工业用胶黏剂的消耗量达到1 796万吨(固体质量分数100%)，其中甲醛系胶黏剂消耗量为1 568万吨，占木材工业用胶黏剂消耗量的87.3%[4]，主要以脲醛树脂胶黏剂和酚醛树脂胶黏剂为主。为了进一步研讨木材胶黏剂,列表讨论了每种胶黏剂的优点及缺点，主要包括含醛胶黏剂、无醛胶黏剂等。

木质素是仅次于纤维素的第二丰富的陆地聚合物[13]。这种聚合物通常被作为造纸行业制浆过程中的废料处理。这种聚合物的最大部分被燃烧以产生能量，而其中一小部分，估计为1-2%，是从黑液中分离出来的，用于各种材料的应用[14]。但是，木质素的使用是当前的一项挑战[15]。近几十年来，研究工作的重点是使用木质素代替常规胶黏剂，如尿素甲醛。这种合成树脂具有一定的优点，成本低、固化时间快，不会改变原始颜色，但是，尿素甲醛可能会对人类的身体健康造成重大不利影响，例如癌症或眼睛、鼻子和喉咙的刺激[16]。木质素是一种芳香聚合物，和其他合成树脂相比较，是一种廉价的材料，不需要固化周期，并且可以作为纤维的天然粘合剂[16]。所以，木质素被认为是减少尿素甲醛消费的替代品。

1 木质素

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