淺談木質(zhì)素的特性及在環(huán)氧樹脂合成中的應(yīng)用

梁媛嘉

成都市第二十中學(xué)校

淺談木質(zhì)素的特性及在環(huán)氧樹脂合成中的應(yīng)用

梁媛嘉

成都市第二十中學(xué)校

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

木質(zhì)素 環(huán)氧樹脂 化學(xué)改性

在自然界，木質(zhì)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(zhì)素可成為一種穩(wěn)定高效的再生芳基化合物資源。目前，工業(yè)木質(zhì)素的主要來源是木材或廢木材纖維化學(xué)制漿。在工程制造業(yè)，工業(yè)木質(zhì)素多用以通過燃燒來獲取熱能。然而，木質(zhì)素的優(yōu)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(zhì)，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(zhì)素憑借其優(yōu)越的環(huán)保性能引起世人的重視。研究表明，經(jīng)過一定物理或化學(xué)處理方式，木質(zhì)素可以用于合成環(huán)氧樹脂。

1 木質(zhì)素與環(huán)氧樹脂合成

木質(zhì)素根本上是由苯基丙烷結(jié)構(gòu)單元連接而成，存在三種類型的結(jié)構(gòu)單元，分別為愈創(chuàng)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(zhì)素結(jié)構(gòu)復(fù)雜、無法與水相容、阻燃性強、熱穩(wěn)定性強。同時，由于木質(zhì)素的玻璃轉(zhuǎn)化溫度可隨其結(jié)構(gòu)與含水量的變化而改變，其相對分子質(zhì)量隨之廣泛分布，多分散性十分顯著。在木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)中，甲氧基等活性基團大量存在，具有多種可反映的結(jié)構(gòu)組織，可發(fā)生甲基化、烴基化等化學(xué)反應(yīng)，環(huán)氧樹脂通常指的是兩個及以上的環(huán)氧基，通過適當(dāng)化學(xué)試劑的刺激形成三維網(wǎng)狀固化物，這一反應(yīng)情況被稱作環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂種類十分豐富，其相對分子質(zhì)量較低，都屬于低聚物范疇。同時，由于環(huán)氧樹脂兩端的環(huán)氧基團含量豐富，可通過氫化合物產(chǎn)生開環(huán)作用，在固化與交聯(lián)過程中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?？梢远ㄕ摰氖?，環(huán)氧樹脂是熱固性樹脂的一種。

按化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，環(huán)氧樹脂可分為縮水甘油類、縮水甘油酯類、脂肪族環(huán)氧化合物類、置換組環(huán)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(xué)環(huán)境實現(xiàn)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(zhì)素在環(huán)氧樹脂合成中的應(yīng)用措施

2.1 直接共混方式

為提高環(huán)氧樹脂在機械與熱力學(xué)方面的整體性能，科學(xué)家們利用化學(xué)手段直接將木質(zhì)素如環(huán)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(zhì)素可實現(xiàn)較好的相容性，當(dāng)溫度達到要求時木質(zhì)素與環(huán)氧樹脂之間的化學(xué)檢核度達到最佳，由化學(xué)反應(yīng)提升共混物粘合強度，從而改變了環(huán)氧化合物的種類，豐富了固化劑的化學(xué)離子，改變固化樹脂，形成了成熟的網(wǎng)絡(luò)聚合物結(jié)構(gòu)。科學(xué)家證實，這一實驗的成果剛性強、韌性大、透明度高，應(yīng)用范圍十分廣泛。

2.2 環(huán)氧化改性

通過在植物原料中直接由溶劑法提取木質(zhì)素，化學(xué)活性高的高沸醇木質(zhì)素可以由此產(chǎn)生。以高沸醇木質(zhì)素為原料，在一定化學(xué)環(huán)境內(nèi)合成環(huán)氧樹脂，成功率是非常高的。研究表明，當(dāng)反應(yīng)條件內(nèi)的氧氣含量、黏度、堿液質(zhì)量等因素都達到最優(yōu)化時，木質(zhì)素的引入可提升樹脂的三維結(jié)構(gòu)高分子穩(wěn)定性，從而整體提升其熱穩(wěn)定性與耐溶劑性。

2.3 化學(xué)改性合成

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

3 結(jié)束語

木質(zhì)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(fù)合材料等領(lǐng)域，這也是研究人員期望把木質(zhì)素應(yīng)用到環(huán)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(huán)境污染愈加嚴(yán)重，各個國家都紛紛投入到開發(fā)木質(zhì)素的陣營。作為一種新型化學(xué)材料，木質(zhì)素可以借助共混、環(huán)氧化改性、化學(xué)改性等多種方法應(yīng)用于環(huán)樹脂合成，降低環(huán)氧樹脂成本，提升合成物性能。由于木質(zhì)素環(huán)保可再生，自然儲存量十分豐富，因此，木質(zhì)素有望在未來的環(huán)氧樹脂技術(shù)應(yīng)用中占據(jù)很大位置。

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