木质素的化学改性及其在高分子材料中的应用

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化石燃料的短缺使得国家对于可再生资源的利用问题予以了高度重视。结合近些年的应用研究来看，生物质资源俨然成为可再生资源应用发展的研究热点。如生物质能源材料创新方面表现较为突出，可以为材料制备以及良好应用提供全新的思路方法。最重要的是，生物质可以有效缓解能源以及资源短缺问题，具有重要的应用价值。但是结合实际应用情况来看，木质素在工业生产以及生活当中的利用率表现较低。近些年，为全面提高木质素原料的合理配置与充分应用，生产研究人员主张以木质素结构特征为基础，对其特点进行改性，将其应用于各生产领域当中。

1 木质素的化学改性分析

木质素作为当前可再生应用前景最为良好的材料，饱受工业生产领域的关注。但是由于工业生产活动分离出的木质素在结构与化学性质方面容易受到多方面因素的干扰影响，而出现水溶性不好以及分散性能差的问题。针对这一问题，工业生产人员有必要对木质素化学改性问题予以高度重视[1]。通过改性木质素，木质素与天然、合成聚合物的相容性得以全面提高，扩大木质素的应用范围。在具体改性处理过程中，木质素化学改性工作需要利用化学反应引入特定官能团。结合以往的处理经验来看，在特定官能团的选用方面，主要以羧甲基、胺基以及磺酸基等为主。必要时，也可以利用接枝共聚方式引入有机物，定性改善木质素等物化性质。本文主要着重从下述两个改性方法方面进行阐明与分析：

1.1 羧甲基化改性

木质素结构在一定程度上与苯酚较为类似，在反应活性方面表现较强。羧甲基化反应主要是指在碱性条件下促使木质素与甲醛之间发生化学反应。与此同时，在酚羟基的邻位中引入羧甲基，达到良好的化学反应效果。部分研究人员以玉米芯碱木质素为原料，在特定改性条件下获取良好的羧甲基质量分数，一般都可以得到2.32%改性木质素。

而通过适当改进反应温度以及反应时间等条件，改性木质素羧甲基质量分数可得到明显提高，如可以达到6.49%。足以见得，合理控制反应条件基本上会对改性反应效果产生重大影响。除此之外，利用木质素酚化改性方法可以适当增加反应位点数量，可以加强对反应活性的控制[2]。

1.2 胺化改性

木质素中的酚羟基邻位与对位上的氢原子能够与甲醛以及脂肪胺等物质发生化学反应，即曼尼希反应。通过反应木质素单元中的活泼氢数量明显增加，反应活性也随之加大。利用这种反应原理对木质素进行改性处理，不仅可以提高碱木质素中羧基含量，同时还可以拓宽碱木质素的应用范围。

目前，部分研究人员对超声作用与木质素之间的碱活化问题进行实践探究，通过利用胺化改性方式，对木质素结构与木质素胺的物理性能进行全方位研究与分析。二者经过碱活化处理之后，利用超声处理手段，可以达到良好的改性效果。举例而言，改性后的木质素可以取代部分聚乙二醇合成聚氨酯胶粘剂，不仅提高了胶粘剂的热稳定性能，同时也提高了胶粘剂的力学性能[3]。

2 木质素化学改性在高分子材料中的应用实践分析

2.1 橡胶等高聚物的添加剂

炭黑基本上可以视为橡胶工业的增强剂，在资源获取方面，主要源于石油工业。近些年来，为响应国家节能降耗政策目标，橡胶工业生产主张利用木质素取代炭黑的方式，达到节约能源的效果。一般来说，木质素中的羧基与橡胶中的双键电子云会在化学反应的作用下形成氢键，提高橡胶的相容性与补强效果。

但是由于木质素分子之间的氢键作用会促使木质素粒径增大，导致木质素分布不均。为规避这一影响、提高木质素与橡胶的相容性，建议生产人员应该按照上述方法对木质素进行改性处理。橡胶生产作业中加入改性的木质素后，在补强作用效果方面基本上可以与炭黑相媲美。举例而言，改性后的木质素可用于橡胶补强剂当中，可以全面提高丁苯橡胶的抗拉伸强度，利于提高丁苯橡胶的应用效益。

2.2 木质素基树脂材料

热固性树脂广泛应用于涂料以及复合材料等应用领域当中。但是由于酚醛树脂原料苯酚成本较高，且属于不可再生资源，导致其应用用途十分受限。目前，为进一步缓解不可再生资源短缺问题，工业生产领域主张利用木质素取代苯酚的方式进行生产作业。根据实践生产经验来看，木质素基本上可以取代苯酚制备酚醛树脂。在具体实践过程中，生产作业人员木质素改性方式提高化学反应活性。

其中，在木质素改性方式的选择方面，可以利用羧甲基化木质素方式进行反应处理，取代部分苯酚。根据试验结果来看，当木质素苯酚替代率达到50%左右时，残留甲醛含量明显降低。此时，黏结强度明显增大。利用这一改性反应优势，我们可以将木质素应用于制备可溶性环氧树脂生产工作当中。结合当前应用情况来看，适当加入木质素，不仅可以全方位提高可溶性环氧树脂的热稳定性，同时还可以全面提高可溶性环氧树脂的耐溶剂性，具有良好的发展前景。

3 结语

总而言之，木质素作为自然界丰富的可再生资源之一，如果对其进行合理配置与有效利用，不仅可以实现缓解环境污染以及资源短缺目标，同时也可以实现对新型生物质材料的研发制备目标。最重要的是，通过对工业木质素进行定向化学改性，可以改善其物理性能与化学性能，利于提高木质素的应用范围以及应用价值。但是需要注意的是，木质素结构较为复杂，在改性处理过程中，部分因素难以精准控制。针对于此，建议相关研究人员应该加强对木质素改性机理的研究力度。最好可以积极借鉴国内外先进技术原理，提高木质素改性机理效果。