林业科学

作者：桂有才,左宋林*,金凯楠

单位：南京林业大学化学工程学院 林产化学与材料国际创新高地 江苏省农林生物质资源国家重点实验室培育建设点 南京 210037

关键词：木质素,泡沫炭,自发泡,酚醛树脂,氯化锌

基金：国家重点研发计划课题"木质素高值功能材料创制技术"(2019YFB1503804)

目的: 根据木质素结构特点, 探究一种木质素基泡沫炭制备方法, 为木质素制备新型炭材料提供新的技术方法和产品。方法: 以酶解木质素为碳质前驱体, 以氯化锌和酚醛树脂为催化剂和增强剂, 在未添加发泡剂的情况下, 经混合塑化、发泡、固化、炭化等工艺制备木质素基高比表面积泡沫炭; 采用热重分析、扫描电子显微镜和氮气吸附等方法分析木质素发泡机理、过程以及制备的泡沫炭结构; 通过测试泡沫炭的密度、机械性能、开孔率等质量指标, 探讨发泡温度、氯化锌和酚醛树脂用量对泡沫炭结构的影响。结果: 热重分析结果表明, 氯化锌显著催化并降低木质素热分解温度, 使木质素发生热分解的温度与发生软化/塑化的温度重合, 为木质素热分解产生的挥发性物质发挥发泡功能提供合适温度区域, 酚醛树脂与木质素之间形成的三维网状结构赋予发泡前驱体较好的韧性和强度, 为木质素自发泡提供基础。160~180 ℃是合适的发泡温度; 氯化锌用量显著影响泡沫炭的密度和孔隙率, 酚醛树脂用量主要影响泡沫炭的孔泡尺寸和开孔率。在未添加发泡剂的情况下, 采用自发泡方法制备出体积密度为0.26~0.46 g·cm-3、孔隙率为74%~85%、开孔率为82%~94%以及比表面积为524~1 055 m2·g-1的孔泡结构较均匀的高比表面积木质素基泡沫炭。结论: 利用氯化锌催化木质素的热分解作用和木质素塑化等特性, 可实现木质素自发泡, 制备出发达孔泡结构的木质素泡沫炭, 为木质素工业化利用提供一条新的技术路线。

来源：2022年第3期

《林业科学》期刊编辑部

查看林业科学杂志2022年第3期