木質素的化學改性及其在高分子材料中的應用

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化石燃料的短缺使得國家對于可再生資源的利用問題予以了高度重視。結合近些年的應用研究來看，生物質資源儼然成為可再生資源應用發展的研究熱點。如生物質能源材料創新方面表現較為突出，可以為材料制備以及良好應用提供全新的思路方法。最重要的是，生物質可以有效緩解能源以及資源短缺問題，具有重要的應用價值。但是結合實際應用情況來看，木質素在工業生產以及生活當中的利用率表現較低。近些年，為全面提高木質素原料的合理配置與充分應用，生產研究人員主張以木質素結構特征為基礎，對其特點進行改性，將其應用于各生產領域當中。

1 木質素的化學改性分析

木質素作為當前可再生應用前景最為良好的材料，飽受工業生產領域的關注。但是由于工業生產活動分離出的木質素在結構與化學性質方面容易受到多方面因素的干擾影響，而出現水溶性不好以及分散性能差的問題。針對這一問題，工業生產人員有必要對木質素化學改性問題予以高度重視[1]。通過改性木質素，木質素與天然、合成聚合物的相容性得以全面提高，擴大木質素的應用范圍。在具體改性處理過程中，木質素化學改性工作需要利用化學反應引入特定官能團。結合以往的處理經驗來看，在特定官能團的選用方面，主要以羧甲基、胺基以及磺酸基等為主。必要時，也可以利用接枝共聚方式引入有機物，定性改善木質素等物化性質。本文主要著重從下述兩個改性方法方面進行闡明與分析：

1.1 羧甲基化改性

木質素結構在一定程度上與苯酚較為類似，在反應活性方面表現較強。羧甲基化反應主要是指在堿性條件下促使木質素與甲醛之間發生化學反應。與此同時，在酚羥基的鄰位中引入羧甲基，達到良好的化學反應效果。部分研究人員以玉米芯堿木質素為原料，在特定改性條件下獲取良好的羧甲基質量分數，一般都可以得到2.32%改性木質素。

而通過適當改進反應溫度以及反應時間等條件，改性木質素羧甲基質量分數可得到明顯提高，如可以達到6.49%。足以見得，合理控制反應條件基本上會對改性反應效果產生重大影響。除此之外，利用木質素酚化改性方法可以適當增加反應位點數量，可以加強對反應活性的控制[2]。

1.2 胺化改性

木質素中的酚羥基鄰位與對位上的氫原子能夠與甲醛以及脂肪胺等物質發生化學反應，即曼尼希反應。通過反應木質素單元中的活潑氫數量明顯增加，反應活性也隨之加大。利用這種反應原理對木質素進行改性處理，不僅可以提高堿木質素中羧基含量，同時還可以拓寬堿木質素的應用范圍。

目前，部分研究人員對超聲作用與木質素之間的堿活化問題進行實踐探究，通過利用胺化改性方式，對木質素結構與木質素胺的物理性能進行全方位研究與分析。二者經過堿活化處理之后，利用超聲處理手段，可以達到良好的改性效果。舉例而言，改性后的木質素可以取代部分聚乙二醇合成聚氨酯膠粘劑，不僅提高了膠粘劑的熱穩定性能，同時也提高了膠粘劑的力學性能[3]。

2 木質素化學改性在高分子材料中的應用實踐分析

2.1 橡膠等高聚物的添加劑

炭黑基本上可以視為橡膠工業的增強劑，在資源獲取方面，主要源于石油工業。近些年來，為響應國家節能降耗政策目標，橡膠工業生產主張利用木質素取代炭黑的方式，達到節約能源的效果。一般來說，木質素中的羧基與橡膠中的雙鍵電子云會在化學反應的作用下形成氫鍵，提高橡膠的相容性與補強效果。

但是由于木質素分子之間的氫鍵作用會促使木質素粒徑增大，導致木質素分布不均。為規避這一影響、提高木質素與橡膠的相容性，建議生產人員應該按照上述方法對木質素進行改性處理。橡膠生產作業中加入改性的木質素后，在補強作用效果方面基本上可以與炭黑相媲美。舉例而言，改性后的木質素可用于橡膠補強劑當中，可以全面提高丁苯橡膠的抗拉伸強度，利于提高丁苯橡膠的應用效益。

2.2 木質素基樹脂材料

熱固性樹脂廣泛應用于涂料以及復合材料等應用領域當中。但是由于酚醛樹脂原料苯酚成本較高，且屬于不可再生資源，導致其應用用途十分受限。目前，為進一步緩解不可再生資源短缺問題，工業生產領域主張利用木質素取代苯酚的方式進行生產作業。根據實踐生產經驗來看，木質素基本上可以取代苯酚制備酚醛樹脂。在具體實踐過程中，生產作業人員木質素改性方式提高化學反應活性。

其中，在木質素改性方式的選擇方面，可以利用羧甲基化木質素方式進行反應處理，取代部分苯酚。根據試驗結果來看，當木質素苯酚替代率達到50%左右時，殘留甲醛含量明顯降低。此時，黏結強度明顯增大。利用這一改性反應優勢，我們可以將木質素應用于制備可溶性環氧樹脂生產工作當中。結合當前應用情況來看，適當加入木質素，不僅可以全方位提高可溶性環氧樹脂的熱穩定性，同時還可以全面提高可溶性環氧樹脂的耐溶劑性，具有良好的發展前景。

3 結語

總而言之，木質素作為自然界豐富的可再生資源之一，如果對其進行合理配置與有效利用，不僅可以實現緩解環境污染以及資源短缺目標，同時也可以實現對新型生物質材料的研發制備目標。最重要的是，通過對工業木質素進行定向化學改性，可以改善其物理性能與化學性能，利于提高木質素的應用范圍以及應用價值。但是需要注意的是，木質素結構較為復雜，在改性處理過程中，部分因素難以精準控制。針對于此，建議相關研究人員應該加強對木質素改性機理的研究力度。最好可以積極借鑒國內外先進技術原理，提高木質素改性機理效果。