力化学与生物酶协效活化木素的机理及其在胶粘剂中的应用

麦草碱木素来自于造纸工业废液,是极具潜力的可再生资源,利用可再生资源代替石油产品作为合成胶粘剂的原料是发展趋势。但由于其分子量分布不均,结构复杂,反应活性低,目前有效利用率还不到10%。机械力化学是一门新兴的交叉型边缘学科, 采用高能机械力可以驱动化学反应沿着常规方法难以实现的路径发生,近年来逐渐成为许多高新技术领域研究的热门课题,但在木质素降解方面尚未有过系统研究。在先前的研究中已证实漆酶/木聚糖酶体系可直接降解原料木质素,但对麦草碱木素的降解并未验证。本项目利用力化学与生物酶的协同作用,将麦草碱木素大分子碎片化，增加反应活性点，提高反应活性,并将其用于直接做木素胶粘剂、代替苯酚用于酚醛树脂的合成及脲醛树脂的改性研究中。旨在从理论上找到废液木素综合利用的突破口，为其今后的产业化应用提供技术支撑和理论依据。若能成功,则不仅大大降低胶粘剂的生产成本，减轻环境污染，也可充分实现变废为宝的目的。

麦草碱木素来自于造纸工业废液,是极具潜力的可再生资源,利用可再生资源代替石油产品作为合成胶粘剂的原料是发展趋势。但由于其分子量分布不均,结构复杂,反应活性低,目前有效利用率还不到10%。机械力化学是一门新兴的交叉型边缘学科, 采用高能机械力可以驱动化学反应沿着常规方法难以实现的路径发生,近年来逐渐成为许多高新技术领域研究的热门课题,在先前的研究中已证实漆酶/木聚糖酶体系可直接降解原料木质素,但对麦草碱木素的降解并未验证。本项目利用高能球磨、超声波、胶体磨及盘磨等多种力化学与两种生物酶体系（重组木聚糖酶体系和漆酶/木聚糖酶体系）的单独与协同作用,对麦草碱木素进行适当降解，碎片化,并用其代替苯酚用于酚醛树脂的合成及脲醛树脂的改性研究中。研究结果表明：超声、球磨等机械力化学作用后，麦草碱木素的粒径明显增加，比表面积减小的规律，这可以表明由于机械力化学作用后，木素先碎片化，活性基团的含量明显增加。但在此过程中，由于机械能转变为热能，体系的温度均急剧上升，因此这些活性基团在高温的作用下，又相互结合，发生聚合反应，致使分子变大，粒径增加，因此在合成胶粘剂的应用中，性能均有下降的趋势。而采用原位超声聚合的方法，按碱木素+苯酚+第一批甲醛+碱的加料顺序，合成木质素改性酚醛树脂。保证在超声空化作用下木质素降解形成包含空位的酚型结构，与甲醛加成，并进一步缩聚固化，从而降低了树脂的固化温度。另外碱木素经过纯化后，以其替代苯酚制备酚醛树脂，替代量可以大大提高，树脂胶合强度和固化速度都得到增加。从性能最佳的角度考虑，20%的替代量为最佳方案。但从经济的角度出发，40%的替代量仍可取得比较满意的效果。本项目首次提出用原位超声聚合的方式合成木质素改性酚醛树脂，结合由白腐菌合成漆酶/木聚糖酶体系代替漆酶/介体体系降解木质素。该研究成果为漆酶的产业化应用提供技术支撑和科学理论依据。并对减轻环境污染、变废为宝、降低酚醛树脂胶粘剂的生产成本，缓解能源危机，以及对木质素工业化应用前景及该领域学术水平的提升均具有深远的意义。