淺談木質素的特性及在環氧樹脂合成中的應用

梁媛嘉

成都市第二十中學校

淺談木質素的特性及在環氧樹脂合成中的應用

梁媛嘉

成都市第二十中學校

作為一種天然高分子聚合物，木質素在各類高等植物中廣泛存在，其本身具有三維立體結構，并于纖維素等其他纖維結構粘結組合，共同形成植物的主要結構。在環氧樹脂的合成技術中，木質素常用于與通用環氧樹脂共混、與環氧氯丙烷反應、通過環氧化合成制成環氧樹脂等。本文將就木質素在環氧樹脂合成中的具體應用作為切入點，淺析其高值化利用的方向與進展。

木質素 環氧樹脂 化學改性

在自然界，木質素是一種極為豐富的天然高分子，其含量僅次于纖維素，這決定著木質素可成為一種穩定高效的再生芳基化合物資源。目前，工業木質素的主要來源是木材或廢木材纖維化學制漿。在工程制造業，工業木質素多用以通過燃燒來獲取熱能。然而，木質素的優勢并不在于熱值含量，這種利用方式也會浪費其自身含有的其他有價物質，造成資源浪費。隨著地球上森林資源的日益減少、石油資源的日益枯竭，可再生木質素憑借其優越的環保性能引起世人的重視。研究表明，經過一定物理或化學處理方式，木質素可以用于合成環氧樹脂。

1 木質素與環氧樹脂合成

木質素根本上是由苯基丙烷結構單元連接而成，存在三種類型的結構單元，分別為愈創木酚基丙烷、紫丁香基丙烷、對青苯基丙烷。與其他類型的天然高分子元素相比，木質素結構復雜、無法與水相容、阻燃性強、熱穩定性強。同時，由于木質素的玻璃轉化溫度可隨其結構與含水量的變化而改變，其相對分子質量隨之廣泛分布，多分散性十分顯著。在木質素分子結構中，甲氧基等活性基團大量存在，具有多種可反映的結構組織，可發生甲基化、烴基化等化學反應，環氧樹脂通常指的是兩個及以上的環氧基，通過適當化學試劑的刺激形成三維網狀固化物，這一反應情況被稱作環氧樹脂。環氧樹脂種類十分豐富，其相對分子質量較低，都屬于低聚物范疇。同時，由于環氧樹脂兩端的環氧基團含量豐富，可通過氫化合物產生開環作用，在固化與交聯過程中形成網狀結構。可以定論的是，環氧樹脂是熱固性樹脂的一種。

按化學結構的不同，環氧樹脂可分為縮水甘油類、縮水甘油酯類、脂肪族環氧化合物類、置換組環氧化合物等多種類型，并含有活性基團與基性基團、再加上眾多的改性劑、添加劑和促進劑等，可通過一定化學環境實現多種類型的組合方式，并形成各種各樣的固化物，社會實用性強。

2 木質素在環氧樹脂合成中的應用措施

2.1 直接共混方式

為提高環氧樹脂在機械與熱力學方面的整體性能，科學家們利用化學手段直接將木質素如環氧樹脂融為一體、混合攪拌，并加入一定的固化劑促進實驗成效。分析表明，共混物種木質素可實現較好的相容性，當溫度達到要求時木質素與環氧樹脂之間的化學檢核度達到最佳，由化學反應提升共混物粘合強度，從而改變了環氧化合物的種類，豐富了固化劑的化學離子，改變固化樹脂，形成了成熟的網絡聚合物結構。科學家證實，這一實驗的成果剛性強、韌性大、透明度高，應用范圍十分廣泛。

2.2 環氧化改性

通過在植物原料中直接由溶劑法提取木質素，化學活性高的高沸醇木質素可以由此產生。以高沸醇木質素為原料，在一定化學環境內合成環氧樹脂，成功率是非常高的。研究表明，當反應條件內的氧氣含量、黏度、堿液質量等因素都達到最優化時，木質素的引入可提升樹脂的三維結構高分子穩定性，從而整體提升其熱穩定性與耐溶劑性。

2.3 化學改性合成

從本質上講，使木質素發生環氧化反應是較為困難的。只有在對木質素進行化學改性的基礎上，提升木質素的反應能力，再開始環氧化合成實驗，才能合成更為高質的環氧樹脂。采用苯酚-硫酸法對木質素進行酚化改性，可以增加苯環含量與酚烴基含量，從而降低副反應，產生不溶于水的紫色固體，在反應過程中形成規律性變化，從而對固化體系的反應活化達成上升趨勢。

3 結束語

木質素在高等植物中有著廣泛的豐富，在自然界的含量僅次于纖維素，被廣泛用于涂料、膠黏劑、復合材料等領域，這也是研究人員期望把木質素應用到環氧樹脂中的一個重要原因近年來，地球上的石油資源日益減少、環境污染愈加嚴重，各個國家都紛紛投入到開發木質素的陣營。作為一種新型化學材料，木質素可以借助共混、環氧化改性、化學改性等多種方法應用于環樹脂合成，降低環氧樹脂成本，提升合成物性能。由于木質素環保可再生，自然儲存量十分豐富，因此，木質素有望在未來的環氧樹脂技術應用中占據很大位置。

[1]陳為健,程賢甦,方潤.木質素基聚酯型環氧樹脂的制備及表征[J]. 纖維素科學與技術. 2009(02)

[2]葉菊娣,洪建國.改性木質素合成環氧樹脂的研究[J].纖維素科學與技術. 2007(04)

[3]林瑋,程賢甦.高沸醇木質素環氧樹脂的合成與性能研究[J].纖維素科學與技術. 2007(02)

[4]胡春平,方桂珍,王獻玲,李俊業.麥草堿木質素基環氧樹脂的合成[J].東北林業大學學報.2007(04)