高 燕，吳偉佳

（1.咸陽職業(yè)技術(shù)學院 能源化工研究所，陜西 咸陽 712000；2.楚門中學，浙江 臺州 318000）

前 言

由于外界環(huán)境影響、反應殘留等因素使得酚醛樹脂膠黏劑及其制品在使用過程中不斷釋放出游離甲醛。這對生態(tài)環(huán)境及人類身體健康是很有危害的。但其以低廉的價格，良好的粘接性，在膠黏劑市場上占有較大比重。不能從根本上解決甲醛殘留問題，會造成生產(chǎn)成本的增加，而繼續(xù)使用酚、醛來合成樹脂，這無論對環(huán)境還是操作者都會造成極大的傷害[1～3]。

在此篇論文中，我們利用響應面分析的辦法對蔗糖-對甲酚樹脂膠黏劑這種新型綠色環(huán)保樹脂膠黏劑的合成條件進行優(yōu)化。這項研究將為新型綠色樹脂的規(guī)模化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 實驗方法

1.1 主要原料與試劑

蔗糖：浙江產(chǎn)，市售；對甲酚：（分析純），天津市化學試劑三廠；濃鹽酸：（分析純），鄭州派尼化學試劑廠；鄰苯二甲酸酐：（分析純），西安化學試劑廠；順丁烯二酸酐：（分析純），西安化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

NDJ-1型旋轉(zhuǎn)黏度儀：上海精密儀器科技公司；JJ-1型電動攪拌器：常州固華電器有限公司；DHG-9035A型恒溫干燥箱：上海益恒實驗儀器有限公司。

1.3 蔗糖對甲酚樹脂膠黏劑的合成方法

在裝有電動攪拌器、回流冷凝管及溫度計的250mL三頸燒瓶中，按一定比例加入對甲酚、蔗糖、催化劑和水；恒定速率下微熱攪拌，待全部溶解后升溫至特定溫度，恒溫反應一段時間，停止反應后降至室溫，即得蔗糖對甲酚樹脂。產(chǎn)物為帶有顏色的透明黏稠液體[4]。

對已合成的蔗糖對甲酚樹脂膠黏劑中加入一定質(zhì)量分數(shù)的固化劑，在某溫度下加熱一段時間后即可固化。

1.4 蔗糖對甲酚樹脂膠黏劑最佳合成條件的確定

根據(jù)蔗糖-對甲酚樹脂膠黏劑的正交實驗結(jié)果，確定還需要進行催化劑用量、反應溫度的單項實驗，進一步確定響應面水平因素。應用minitab軟件，選取4因素2水平全因子的響應面分析優(yōu)化方法，中心點做5次重復實驗，共需31次實驗[5]。利用響應面分析結(jié)果，確定最優(yōu)的蔗糖-對甲酚樹脂膠黏劑合成條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實驗

根據(jù)蔗糖-對甲酚樹脂膠黏劑的合成方法設計正交實驗結(jié)果[6]，最佳條件為蔗糖與對甲酚的物質(zhì)的量比為4.0∶1，催化劑用量為8.0%，反應溫度為75℃，反應時間為5h。

2.1.1 催化劑量的再優(yōu)化

正交實驗中催化劑用量為8%時樹脂的黏度最大。我們繼續(xù)取催化劑用量8%、9%、10%、11%、12%為單項因素，測定結(jié)果趨勢圖如圖1所示。

圖1 催化劑用量的單項再優(yōu)化Fig.1 The further optimization of amountof catalyst

由圖1可以看出，在催化劑量為8%以后，變化比較平緩，而且繼續(xù)增加催化劑用量會增加樹脂膠黏劑的色澤以及成本，故催化劑用量仍選為8%為宜。

圖2反應溫度的單項再優(yōu)化Fig.2 The further optimization of reaction temperature

2.1.2 反應溫度的再優(yōu)化

正交實驗中反應溫度為75℃時樹脂的黏度最大。我們繼續(xù)取反應溫度75℃、70℃、65℃為單項因素，測定結(jié)果趨勢圖如圖2所示。

由圖2以看出，反應溫度為75℃時黏度最高。75℃以下時黏度下降很快，可能由于溫度過低，縮合反應速度減慢，故選取溫度為75℃為宜。

2.2 蔗糖-對甲酚合成過程響應面分析

2.2.1 中心復合設計法實驗設計方案

表1 蔗糖-對甲酚合成實驗因素水平表及編碼Table 1 The factors levels and coding of the sucrose-p-cresol synthesis experiment

表2 蔗糖-對甲酚合成實驗安排及結(jié)果Table 2 The arrangementand results of sucrose-p-cresol synthesis experiment

2.2.2 模型的建立與顯著性檢驗

應用minitab軟件,對表2中的數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，選擇對響應值顯著的各項，可得催化劑用量%、原料比mol:mol、反應溫度℃、反應時間h與黏度mpa·s間的二次多項回歸方程：

對回歸方程進行方差分析和顯著性檢驗，結(jié)果顯示該模型回歸顯著（P<0.0001），方程的X12響應最顯著，X4響應不顯著,其他都響應顯著，且該模型的R2=0.9469、RAdj2=0.9004,說明該模型與實驗值擬合較好,可用于蔗糖-對甲酚樹脂膠黏劑合成條件的理論預測。

2.2.3 模型的驗證

為了驗證蔗糖-對甲酚樹脂膠黏劑合成條件模型的有效性，在催化劑用量%、反應溫度℃、反應時間h、原料比mol:mol與黏度mPa·s的試驗水平范圍內(nèi)，選擇4個組合進行驗證實驗[7]，結(jié)果見表3。由表3可知，模型預測值與實測值相吻合極好,用此模型來指導實踐應用具有非常好的效果。

表3 模型驗證結(jié)果Table 3 The verification results ofmodel

2.1.4 因素水平的優(yōu)化

由回歸方程所作的響應曲面圖，見圖3。通過該組圖即可對任何兩因素交互影響水解轉(zhuǎn)化率的效應進行分析與評價,并從中確定最佳因素水平范圍。

通過該組圖即可對任何兩因素交互影響蔗糖-對甲酚樹脂膠黏劑合成條件進行分析與評價[8]。對回歸方程求一階偏導數(shù)，當響應值Y有最大值時可求 得 各 因 素 的 水 平 ：X1=0.39287，X2=0.03311，X3=-0.19145，X4=-0.05689。轉(zhuǎn)換后得到最佳反應條件為：催化劑用量為8.39%，反應溫度為75.33℃，反應時間為4h48min,物料比為3.94∶1。在此條件下理論預測蔗糖-對甲酚樹脂膠黏劑合成率接近100%。

圖3 交互項因素響應曲面圖Fig.3 The response surface graphs of interaction factors

3 結(jié)論

采用響應面分析法優(yōu)化蔗糖-對甲酚樹脂膠黏劑的合成工藝，得最佳工藝條件為：催化劑用量為8.39%，反應溫度為75.33℃，反應時間為4h48 min，物料比為 3.94∶1。

［1］張永定，袁大偉.綠色建材需求標準［J］.化學建材,2001,6:14～15.

［2］徐有明，楊志斌，張友華，等.我國人造板行業(yè)膠粘劑存在的主要問題及解決對策［J］.湖北林業(yè)科技,2004,127（1）:41～46.

［3］馬心,顏鎮(zhèn).游離甲醛和人造板釋放甲醛（續(xù)）［J］.木材工業(yè),1997,11（3）:18～21,（4）:227～229.

［4］陳栓虎,劉震,胥學旺.乳糖-間苯二酚樹脂膠黏劑的合成［J］.中國膠黏劑,2006,10（15）:25～27.

［5］薛照輝，張鑫，張志軍，等.響應面分析法優(yōu)化果膠提取工藝［J］.食品科學,2011,18:16～18.

［6］吳偉佳,高燕,陳栓虎.果糖對甲酚樹脂膠黏劑的合成［J］.化學與黏合,2008,6（30）,19～20.

［7］孟春玲,王建中,王豐俊,等.響應面法優(yōu)化超聲波輔助提取沙棘籽的工藝研究［J］.北京林業(yè)大學學報,2008,30（5）:118～122.

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