浅谈木质素的特性及在环氧树脂合成中的应用

梁媛嘉

成都市第二十中学校

浅谈木质素的特性及在环氧树脂合成中的应用

梁媛嘉

成都市第二十中学校

作为一种天然高分子聚合物，木质素在各类高等植物中广泛存在，其本身具有三维立体结构，并于纤维素等其他纤维结构粘结组合，共同形成植物的主要结构。在环氧树脂的合成技术中，木质素常用于与通用环氧树脂共混、与环氧氯丙烷反应、通过环氧化合成制成环氧树脂等。本文将就木质素在环氧树脂合成中的具体应用作为切入点，浅析其高值化利用的方向与进展。

木质素 环氧树脂 化学改性

在自然界，木质素是一种极为丰富的天然高分子，其含量仅次于纤维素，这决定着木质素可成为一种稳定高效的再生芳基化合物资源。目前，工业木质素的主要来源是木材或废木材纤维化学制浆。在工程制造业，工业木质素多用以通过燃烧来获取热能。然而，木质素的优势并不在于热值含量，这种利用方式也会浪费其自身含有的其他有价物质，造成资源浪费。随着地球上森林资源的日益减少、石油资源的日益枯竭，可再生木质素凭借其优越的环保性能引起世人的重视。研究表明，经过一定物理或化学处理方式，木质素可以用于合成环氧树脂。

1 木质素与环氧树脂合成

木质素根本上是由苯基丙烷结构单元连接而成，存在三种类型的结构单元，分别为愈创木酚基丙烷、紫丁香基丙烷、对青苯基丙烷。与其他类型的天然高分子元素相比，木质素结构复杂、无法与水相容、阻燃性强、热稳定性强。同时，由于木质素的玻璃转化温度可随其结构与含水量的变化而改变，其相对分子质量随之广泛分布，多分散性十分显著。在木质素分子结构中，甲氧基等活性基团大量存在，具有多种可反映的结构组织，可发生甲基化、烃基化等化学反应，环氧树脂通常指的是两个及以上的环氧基，通过适当化学试剂的刺激形成三维网状固化物，这一反应情况被称作环氧树脂。环氧树脂种类十分丰富，其相对分子质量较低，都属于低聚物范畴。同时，由于环氧树脂两端的环氧基团含量丰富，可通过氢化合物产生开环作用，在固化与交联过程中形成网状结构。可以定论的是，环氧树脂是热固性树脂的一种。

按化学结构的不同，环氧树脂可分为缩水甘油类、缩水甘油酯类、脂肪族环氧化合物类、置换组环氧化合物等多种类型，并含有活性基团与基性基团、再加上众多的改性剂、添加剂和促进剂等，可通过一定化学环境实现多种类型的组合方式，并形成各种各样的固化物，社会实用性强。

2 木质素在环氧树脂合成中的应用措施

2.1 直接共混方式

为提高环氧树脂在机械与热力学方面的整体性能，科学家们利用化学手段直接将木质素如环氧树脂融为一体、混合搅拌，并加入一定的固化剂促进实验成效。分析表明，共混物种木质素可实现较好的相容性，当温度达到要求时木质素与环氧树脂之间的化学检核度达到最佳，由化学反应提升共混物粘合强度，从而改变了环氧化合物的种类，丰富了固化剂的化学离子，改变固化树脂，形成了成熟的网络聚合物结构。科学家证实，这一实验的成果刚性强、韧性大、透明度高，应用范围十分广泛。

2.2 环氧化改性

通过在植物原料中直接由溶剂法提取木质素，化学活性高的高沸醇木质素可以由此产生。以高沸醇木质素为原料，在一定化学环境内合成环氧树脂，成功率是非常高的。研究表明，当反应条件内的氧气含量、黏度、碱液质量等因素都达到最优化时，木质素的引入可提升树脂的三维结构高分子稳定性，从而整体提升其热稳定性与耐溶剂性。

2.3 化学改性合成

从本质上讲，使木质素发生环氧化反应是较为困难的。只有在对木质素进行化学改性的基础上，提升木质素的反应能力，再开始环氧化合成实验，才能合成更为高质的环氧树脂。采用苯酚-硫酸法对木质素进行酚化改性，可以增加苯环含量与酚烃基含量，从而降低副反应，产生不溶于水的紫色固体，在反应过程中形成规律性变化，从而对固化体系的反应活化达成上升趋势。

3 结束语

木质素在高等植物中有着广泛的丰富，在自然界的含量仅次于纤维素，被广泛用于涂料、胶黏剂、复合材料等领域，这也是研究人员期望把木质素应用到环氧树脂中的一个重要原因近年来，地球上的石油资源日益减少、环境污染愈加严重，各个国家都纷纷投入到开发木质素的阵营。作为一种新型化学材料，木质素可以借助共混、环氧化改性、化学改性等多种方法应用于环树脂合成，降低环氧树脂成本，提升合成物性能。由于木质素环保可再生，自然储存量十分丰富，因此，木质素有望在未来的环氧树脂技术应用中占据很大位置。

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