在茭白叶粉的液化反应中，工艺参数主要包括苯酚用量、催化剂用量、反应时间和反应温度。以这4 个相互独立的工艺参数为研究对象，以茭白叶粉的液化效率为指标，对L16( 45 )

正交试验结果进行极差分析和方差分析( 见表2、表3) ，并对方差分析后的观测均值以Duncan 法进行两两比较( 见表4) 。2. 1. 1 苯酚用量的影响从正交分析结果( 表2、表3) 可以看出，苯酚用量对茭白叶粉的液化效率的影响极显著( P ＜ 0. 01) ，且茭白叶粉的液化率与苯酚用量呈单调递增关系。当茭白叶粉与苯酚的质量比从1∶3 提高至1∶6 时，液化率的均值从80. 90% 分别增加至90. 65%、92. 94%和93. 60%，说明在一定范围内，苯酚用量越大，茭白叶粉液化程度越高。但分组比较结果表明( 表4A) ，茭白叶粉与苯酚的质量比为1∶5 和1∶6 时，液化率差异不明显( P ＞ 0. 05) 。

2. 1. 2 催化剂用量的影响

正交分析表明，催化剂用量对茭白叶粉的液化效率的影响极显著( P ＜ 0. 01) 。当催化剂用量为2% 时，液化率均值为86. 56%，说明催化剂用量偏少，茭白叶粉液化不充分，适当提高催化剂用量可促进茭白叶粉的液化反应，当催化剂用量提高至7%，茭白叶粉液化率达到91. 01%，但分组比较结果表明( 表4B) ，催化剂用量为7% 和10% 时，液化率差异不明显( P＞ 0. 05) 。

2. 1. 3 反应时间的影响

正交分析结果表明，反应时间对茭白叶粉的液化效率的影响极显著( P ＜ 0. 01) 。当茭白叶粉的液化反应时间从60 min 延长至90 min，液化率均值从85. 41%提高至91. 51%，说明茭白叶粉苯酚液化反应需要维持充分的反应时间，有利于提高茭白叶粉的液化程度，但反应时间不宜太长，分组比较结果( 表4C) 显示，液化时间为90 min 和120 min 时，液化率差异不明显( P ＞ 0. 05) ，若延长至150 min，残渣含量反而上升，液化率降低。

2. 1. 4 反应温度的影响

合适的温度是保证茭白叶粉液化反应顺利进行的重要因素，从正交分析结果( 表2、表3) 中可以看出，反应温度对茭白叶粉的液化效率的影响极显著( P ＜0. 01) 。茭白叶粉在120 ℃下进行液化时，液化率均值为84. 72%，液化程度偏低。将反应温度提高至140 ～ 160 ℃，液化比较充分，液化率会达到92%左右( 表4D) ，而在更高温度( 180 ℃) 下进行液化，苯酚会发生聚合反应，残渣含量会增加，从而降低液化率。

2. 1. 5 因素主次分析及工艺优化

上述方差分析表明，4 因素对茭白叶粉的液化反应的影响均极显著，同时也可判断各因素对性能指标影响的主次关系。由表2、表3 可知，各因素对茭白叶粉液化率影响的主次关系为: 苯酚用量＞ 反应温度＞ 反应时间＞ 催化剂用量，即苯酚用量的影响最大，反应温度和反应时间次之，而催化剂用量的影响相对较弱。从茭白叶粉的液化程度出发，综合考虑各因素不同水平下的结果( 见表4) ，为减少生产成本及降低能耗，茭白叶粉液化

工艺的优化方案应为A3B3C2D2，即苯酚用量为1∶5，催化剂用量为7%，反应时间为90 min，反应温度为140 ℃。验证试验表明，在该优化方案下，茭白叶粉的液化率为( 95. 83 ±1. 07) %。

2. 2 液化产物红外分析

茭白叶粉液化前后的FTIＲ 图谱如图1 所示。图1 茭白叶粉及其液化产物的红外光谱图由图1 及表5 可知，3 405 cm － 1 前后的O － H 伸缩振动和2 920 cm － 1 处的C － H 伸缩振动在茭白叶粉原料及其液化产物之间没有变化，二者在1 740 ～ 1 590 cm － 1 处出现了明显吸收峰，这是芳香族骨架及共轭羰基存在的主要标志之一，也是木质素中芳香环骨架振动的贡献［14］，证明苯酚液化使茭白叶粉中的化学组分发生了化学反应，产生较多的具有反应活性的芳香衍生物。在1 030 cm － 1 和885 ～ 575 cm － 1 处，液化产物有较强的吸收峰，在834. 51 cm － 1、753. 52 cm － 1 和692. 93 cm － 1 出现新吸收峰，这是芳香烃C － H 键的面外弯曲振动的特征吸收［15］，在茭白叶粉原料的红外光谱图中的相应位置处未出现吸收峰，表明已将芳香环引入到茭白叶粉的生物质成分的分子结构中。

2. 3 茭白叶粉液化物制备胶黏剂的影响因素

2. 3. 1 缩合温度的影响茭白叶粉液化胶和普通酚醛树脂胶在制备工艺上相似，但有所区别。缩合温度和保温时间对于液化胶的制备非常重要。碱性条件下的茭白叶粉液化物和甲醛在温度达到63 ℃时发生较强的缩聚反应并放热。液化胶第1 次缩聚反应需要在63 ℃左右保持较长一段时间，一般为60 min，可使茭白叶粉液化物中的大分子成分与甲醛充分反应。保温结束后，再次加入余下的1 /3 甲醛，并迅速升温至92 ℃反应45 min 右，达到一定黏度后停止，待冷却后取出保存。一般来说，92 ℃时保温反应时间越长，反应物的相对分子质量就越大，产物胶的黏度也会越大，但保温时间过长，会影响胶的流动性，还会使之分层;保温温度也不宜过高，应控制在95 ℃以内，若超过95 ℃，产物胶将会分层，甚至板结，因此第2 次缩聚反应的保温温度保持在90 ～ 92 ℃较为合适。

2. 3. 2 甲醛用量的影响

用上述优选的液化工艺条件下得到的茭白叶粉苯酚液化产物，与甲醛按不同的质量比投料，制备胶黏剂，结果如图2 所示。图2 甲醛用量对茭白化物制备胶黏剂的影响图2 表明，甲醛用量较小时，胶合强度不高。当液化产物与甲醛的质量比为1∶1. 4 时，胶合强度为0. 87 MPa，基本达到国家标准的要求( 国家标准为≥0. 7 MPa) ，与普通的酚醛树脂胶较为相似。随着甲醛用量的增加，胶合强度逐渐提高。当二者质量比提高至1∶1. 8 时，胶合强度达到最大值1. 21 MPa。但继续增加甲醛用量反而会使产物胶的胶合强度降低，当甲醛用量为1∶2. 2 时，胶合强度只有0. 67 MPa。

制胶过程有两个反应保温阶段，第一个阶段加入2 /3 甲醛，于63 ℃保温60 min，第二个阶段加入余下的1 /3 甲醛，于92 ℃保温一段时间。反应中显示，甲醛用量越大，高温阶段中胶液达到预定黏度的时间越短。当液化产物与甲醛的质量比为1∶2. 0 和1∶2. 2 时，胶液黏度达到要求后，黏度迅速提高，胶黏剂在2 ～ 5 min 内就发生凝胶现象。经多次反复试验，甲醛用量较大时，高温保温温度应控制在85 ℃左右，但胶合强度无法达到要求。因此，茭白叶粉液化产物制胶时，与甲醛的质量比为1∶1. 8 时，产物胶的胶合强度最大，效果最好。

3 结论

茭白废弃生物质液化是提高其资源综合利用价值的有效途径，以硫酸为催化剂，茭白叶、壳等废弃生物质可在苯酚中高效液化。在茭白废弃生物质液化过程中，苯酚用量对液化效果的影响最大，反应温度和反应时间次之，而催化剂用量的影响相对较弱。在一定范围内，苯酚用量越多、反应温度越高、时间越长、硫酸用量越大，茭白废弃生物质的液化效果越好，但反应温度偏高，苯酚和硫酸使用量偏大，反而会导致能耗太大，对设备及环境的影响也不利，因此，在实践中应适当控制用量。

通过正交设计，得到茭白废弃生物质苯酚液化的优化参数是苯酚用量为1∶5，催化剂用量为7%，反应时间为90 min，反应温度为140 ℃。在此优化条件下，液化率可达95. 83%。胶黏剂制备过程中，茭白液化物与甲醛的质量比为1∶1. 8，高温缩聚反应温度为92 ℃较为合适。