木质素固沙高分子材料交联反应的研究

论文摘要

本研究解决利用造纸废液中木质素合成固沙高分子材料的基本理论问题,提出木质素固沙高分子材料的合成机理。首先以香草醇等六种化合物为木质素模型物,研究了侧链α-C上官能团和苯环C-3、C-5位甲氧基的取代情况对羟甲基化反应的影响。结果表明：苯环在羟甲基化反应过程中引入了羟甲基,羟甲基化反应可以发生在苯环未取代的C-3和C-5位。木质素模型物的α位基团对苯环的羟甲基化反应有重要的影响,与α位为醛基的模型物比较,α位为羟基的模型物较易发生羟甲基化。在羟甲基化反应反应过程中会发生坎尼扎罗反应。其次,将羟甲基化木质素模型物与甲醛、尿素缩合,研究其反应机理。结果表明：在缩合反应过程中引入了酰胺基团。脲醛加成反应生成物主要为一羟甲基脲。之后,一羟甲基脲中的活泼氨基氢原子与羟甲基化木质素模型物中的羟甲基在酸性条件下发生脱水交联反应,形成较多的“木质素-脲醛-木质素”结构的交联产物。最后,选用粗碱木质素、纯化碱木质素、木质素磺酸盐为原料。根据不同木质素芳环结构合成固沙材料的反应差异性,提出木质素固沙材料的合成理论,为选择合适的制浆废液提供依据。结果表明：木质素羟甲基化反应的最适pH为11。木质素羟甲基化反应程度与木质素所含结构比例有关,与木质素所连接基团有关,而且同种木质素的羟甲基化反应程度与木质素含量成正比。木质素经过缩合反应后,体系的粘度得到提高。与木质素磺酸盐相比,粗碱木质素在酸性条件下的溶解性较差,会有部分析出,从而使得其粘度较低。合成木质素固沙材料选用木质素磺酸盐为原料较为理想。但是对粗碱木质素改性方法进行适当改进,也可以提高其作为木质素固沙材料的应用性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 文献综述
• 2.1 木质素固沙研究
• 2.1.1 化学固沙技术
• 2.1.2 木质素固沙国内外研究现状及分析
• 2.1.3 木质素固沙需要解决的关键问题
• 2.2 木质素的结构、性质和应用
• 2.2.1 木质素的结构
• 2.2.2 木质素的化学反应
• 2.2.3 木质素的化学改性
• 2.2.5 木质素的研究方法
• 2.2.6 木质素的应用
• 参考文献
• 第三章 木质素模型物羟甲基化反应机理的研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器和设备
• 3.2.3 实验试剂
• 3.2.4 木质素模型物羟甲基化反应产物的合成
• 3.2.5 羟甲基化反应产物的结构特性分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 羟甲基化反应位点分析
• 3.3.2 羟甲基化产物的红外光谱分析
• 1H-NMR分析'>3.3.3 羟甲基化产物的¹H-NMR分析
• 3.3.4 羟甲基化反应机理分析
• 3.3.5 木质素模型物α位基团和C-3位基团对羟甲基化反应的影响
• 3.3.6 羟甲基化反应pH的变化
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 木质素模型物缩合反应机理的研究
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验仪器和设备
• 4.2.3 实验试剂
• 4.2.4 木质素模型物缩合产物的合成
• 4.2.5 缩合反应产物的结构特性分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 缩合产物的红外光谱分析
• 4.3.2 尿醛加成反应过程分析
• 4.3.3 木质素模型物缩合反应过程分析
• 4.3.4 缩合反应机理分析
• 4.3.5 缩合反应pH的变化
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 工业木质素改性合成木质素固沙材料
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 实验仪器和设备
• 5.2.3 实验试剂
• 5.2.4 粗碱木质素的分离与纯化
• 5.2.5 木质素原料成分分析
• 5.2.6 木质素缩合产物的合成
• 5.2.7 羟甲基化产物和缩合产物的结构与特性分析
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 木质素的化学组成分析
• 5.3.2 木质素羟甲基化反应过程甲醛消耗量和羟甲基生成量
• 5.3.3 木质素羟甲基化反应前后pH的变化
• 5.3.4 木质素缩合反应过程甲醛消耗量与羟甲基变化量
• 5.3.5 pH对木质素缩合反应产物粘度的影响
• 5.3.6 木质素缩合反应pH的变化
• 5.3.7 合成木质素固沙材料的原料选择分析
• 5.4 结论
• 参考文献
• 第六章 结论
• 详细摘要
• Abstract