木质素化学改性及应用
26488403_木质素羟基化改性及其在聚氨酯合成中的应用
·木质素的羟基化改性·木质素羟基化改性及其在聚氨酯合成中的应用靳汇奇贾文超盛雪茹牛梅红石海强*（大连工业大学轻工与化学工程学院/辽宁省生物质与化学重点实验室，辽宁大连，116034）摘要：工业木质素主要来源于制浆和纤维素乙醇生物精炼的副产物，产量巨大；且木质素具有替代多元醇合成聚氨酯材料的应用潜力。
对木质素进行羟基化改性，可以控制木质素分子质量和增加羟基含量，从而提高木质素的反应活性和在合成体系中的相容性，减少木质素在聚氨酯中的聚集，增加聚氨酯材料的微观均匀性，从而增强聚氨酯材料的机械性能；同时还可能赋予聚氨酯抗紫外、吸油、可降解等性能。
本文对木质素基本理化性质进行简要介绍，重点介绍了目前国内外木质素羟基化改性方法的研究进展；最后探讨了木质素基聚氨酯合成领域的研究和应用前景。
关键词：木质素；羟基化；聚氨酯；改性；机械性能中图分类号：TS721；O636.2文献标识码：ADOI ：10.11980/j.issn.0254-508X.2021.10.016Hydroxylation of Lignin and Its Application in Synthesis of PolyurethaneJIN Huiqi JIA Wenchao SHENG Xueru NIU Meihong SHI Haiqiang *（School of Light Industry and Chemical Engineering/Key Lab of Biomass and Chemistry of Liaoning Province ，Dalian Polytechnic University ，Dalian ，Liaoning Province ，116034）（*E -mail ：Shihq@ ）Abstract ：Industrial lignin with huge output was mainly derived from the by -products of pulping and cellulosic ethanol biorefinery ，and it had the potential to replace polyol to synthetic polyurethane materials.The hydroxylation of lignin could control the molecular weight and in⁃crease the hydroxyl content of lignin ，improving the reactivity of lignin and its compatibility in the synthesis system.It also could reduce the aggregation of lignin in the polyurethane ，increase the micro -uniformity of the polyurethane materials to enhance the mechanical properties of the polyurethane materials.At the same time ，it could also give polyurethane materials anti -ultraviolet ，oil absorption ，degradable and otherproperties.The basic physicochemical properties of lignin were briefly introduced ，and the current research progress of lignin hydroxylationmethods at home and abroad were also introduced.The research and application prospects in the field of synthesis of lignin -based polyure⁃thane materials were discussed.Key words ：lignin ；hydroxylation ；polyurethane ；modification ；mechanical properties木质素是自然界储量第二大的天然高分子化合物，在植物细胞壁中，木质素与纤维素和半纤维素结合在一起为细胞提供支撑[1]。
工业木质素的改性及其作为精细化工产品的研究进展
工业木质素的改性及其作为精细化工产品的研究进展一、木质素资源概述木质素，作为一种普遍存在于植物细胞壁中的天然有机高分子化合物，不仅是植物生长发育不可或缺的组成部分，也是地球上除纤维素之外最为丰富的可再生有机资源之一。
每年全球生物质资源的生产和加工过程中会产生大量的木质素副产品，尤其是在造纸、木材提炼生物燃料乙醇以及林产化工等行业。
据统计，大约占植物干重15至30的木质素，在传统的纸浆与造纸工业中，主要是通过硫酸盐法制浆过程得以分离提取。
木质素的基本结构单元包括愈创木基、紫丁香基和对羟苯基丙烷等酚类化合物，这些单元通过复杂的交联网络结构相互连接，赋予了木质素独特的化学稳定性和难降解性。
正是这种高度稳定的特性使得木质素在未经改性之前难以直接应用于多个领域，尤其是精细化工业生产中。
木质素的有效利用长期以来一直是生物质资源循环利用的重要课题。
随着科技进步和环保意识的提升，研究人员不断探索木质素的高效改性方法，旨在将其转化为有价值的精细化工产品。
通过物理、化学或生物技术手段，如氧化、还原、酯化、磺化、裂解、热解和生物降解等途径，可以改变木质素的原始性质，使其适用于诸如粘合剂、功能填料、碳材料、吸附剂、树脂合成原料、以及高性能复合材料等多种用途。
这样不仅能够减少对化石资源的依赖，还能够实现木质素这一宝贵资源的绿色可持续利用，极大地推动了生物质循环经济的发展。
二、木质素改性技术在这一部分，通常会简要介绍木质素的基本概念、来源以及在工业上的应用前景。
木质素作为一种可再生的天然高分子聚合物，广泛存在于植物细胞壁中，是木质纤维素的主要组成部分之一。
随着生物质资源的可持续利用和环境保护的需求，木质素的高值化利用受到了越来越多的关注。
在这一部分，可以介绍一些传统的木质素改性技术，如物理法、化学法和生物法等。
每种方法都有其特点和适用范围，例如物理法通常包括机械研磨、超声波处理等，可以改变木质素的形态和粒径化学法则通过化学反应引入新的官能团，改善木质素的溶解性或反应活性生物法则利用微生物或酶的作用，实现木质素的选择性改性。
木质素的化学改性及其在高分子材料中的应用
木质素的化学改性及其在高分子材料中的应用摘要：化石资源的枯竭和环境危机促使科学工作者开发和利用生物降解高分子材料。
木质素作为一种成本低廉、开发潜力大的生物降解天然高分子材料已受到研究人员的关注和重视。
关键词：木质素；化学改性；高分子材料；应用前言木质纤维素类生物质有着巨大的可利用量，是唯一可再生的碳源，其清洁高效利用能够缓解化石能源短缺的严峻形势，也与目前的可持续发展政策相符。
现有技术对木质纤维素类生物质中纤维素和半纤维素开发利用较为完善，在热化学转化、生化转化、材料合成等方面都得到了较大的发展。
1木质素结构特征木质素结构可以拆分为不同甲氧基含量的三种苯基丙烷单元，根据苯环连接的甲氧基数量从多到少分为紫丁香基丙烷单元（S型木质素）、愈创木基丙烷单元（G型木质素）和对羟苯基丙烷单元（H型木质素）。
本节主要概述木质素中的官能团、单元连接以及酰化/交联结构。
2木质素的降解机理木质素是自然界中唯一含芳环的天然高分子，结构中的官能团种类丰富，在植物界的含量仅次于纤维素，储量巨大，具有代替石油的潜力。
同时，随着工业的进步，生活水平的提高，纸质品需求量逐年增加，在造纸工艺中提取完造纸所需纤维素后剩下的造纸黑液中含有大量的木质素。
研究表明木质素生物降解过程主要包括化学结构变化。
侧链氧化是木质素降解过程最重要的环节，这个环节使木质素的单体之间的连接发生断裂，降解成低分子物质，其中涉及的主要是Ｃα－Ｃβ键和醚键的断裂，随之将断裂处与苯环相连的末端碳原子氧化成酸。
去甲基化过程与酚类物质的形成有关。
在堆肥期间，降解物中的的烷基酚含量相对增加；侧链氧化解聚和去甲基化后得到的木质素是以单环为主的芳香化合物，在微生物的作用下进一步降解开环而实现完全降解。
3木质素基生物降解高分子材料的研究现状3.1木质素／淀粉复合材料淀粉是一种植物来源天然高分子。
淀粉分子中含有大量的羟基，使其制品吸水性较强，在高湿度环境下，力学性能下降严重，这给扩大其应用领域带来了困难。
木质素的化学反应
木质素的化学反应木质素是一种存在于植物细胞壁中的复杂有机化合物，它是由苯丙素（如香豆素、柏木酚、咖啡酚等）聚合而成的高聚物。
木质素在植物中起着保护和支持细胞的作用，同时也是造纸工业和能源领域的重要原料。
本文将介绍木质素的化学反应，包括热解反应、酸碱水解反应、氧化反应和酶催化反应等。
首先是木质素的热解反应。
当木质素受热时，会发生裂解反应，产生一系列低分子量的化合物，如酚类、醛类和酮类。
这些产物可以用于合成化学品，如香料、染料和药物等。
热解反应也是木质素生物质能源利用的关键步骤，通过控制反应条件可以提高木质素的能量利用效率。
其次是木质素的酸碱水解反应。
在酸性条件下，木质素可以被酸溶解为单体和糖类。
这是造纸工业中的一种重要处理方法，通过酸性水解可以将木质素从纤维素中分离出来，从而提高纸浆的质量和可再生利用率。
在碱性条件下，木质素可以发生碱溶解反应，生成相应的酸和盐，这在木质素的分析和提取过程中也有重要应用。
木质素还可以发生氧化反应。
在氧气的存在下，木质素可以被氧化为酚类化合物。
这是木材老化和腐朽的主要原因之一。
同时，氧化反应也是木质素的功能化改性过程中的关键步骤，通过氧化可以引入各种官能团，增加木质素的反应性和溶解性，从而拓展其应用领域。
最后是木质素的酶催化反应。
在生物体内，木质素可以被一些特定的酶催化下降解为单体和糖类。
这是生物质降解和循环利用的关键过程，也是生物质转化为生物燃料和化学品的重要途径。
酶催化反应具有高效、特异性和环境友好等优点，因此在木质素的转化和利用中具有广阔的应用前景。
木质素的化学反应包括热解反应、酸碱水解反应、氧化反应和酶催化反应等。
这些反应为木质素的利用提供了多种途径和方法，也为木质素的功能化改性和资源化利用提供了理论基础和技术支持。
随着对可持续发展和环境保护的要求不断增强，木质素的化学反应将在能源、化工和环保等领域中发挥越来越重要的作用。
211167076_木质素改性化学品及高值化利用
《中国造纸》2023年第42卷 第4期·木质素高值化利用·木质素改性化学品及高值化利用赵铭月1 惠岚峰1，*高洋1 程阳1 李明1 赵雨萌2（1. 天津科技大学轻工科学与工程学院，天津，300457；2. 中国制浆造纸研究院有限公司，北京，100102）摘要： 木质素的化学改性方法主要分为3类，包括木质素裂解、合成新的化学活性位点和羟基功能化，这些方法为木质素在聚合物中的应用提供了新的思路。
本文总结了木质素作为农用材料在化肥、植物生长调节剂、农药方面的应用；作为生物医学材料在组织工程和DNA 传递方面的应用；以及作为智能材料在生物传感和形状可编程材料领域应用的研究进展。
关键词：木质素；化学改性；木质素基农用品；木质素基生物医学材料；木质素基智能材料中图分类号：TS7 文献标识码：A DOI ：10.11980/j.issn.0254-508X.2023.04.016Lignin Modified Chemicals and High Value UtilizationZHAO Mingyue 1 HUI Lanfeng 1，*GAO Yang 1 CHENG Yang 1 LI Ming 1 ZHAO Yumeng 2（1.College of Light Industry Science and Engineering ， Tianjin University of Science and Technology ， Tianjin ， 300457；2.China National Pulp and Paper Research Institute Co.， Ltd.， Beijing ， 100102）（*E -mail ：huipeak@ ）Abstract ： The chemical modification methods of lignin are mainly divided into three categories ， including lignin depolymerization ， synthe⁃sis of new chemically active sites ， and functionalization of hydroxyl groups. These methods provide new ideas for the application of lignin in polymers. The application and research progress of lignin as agricultural material in fertilizer ， plant growth regulator ， and pesticide ； as bio⁃medical materials in tissue engineering and DNA delivery applications ； as smart materials in biosensors and shape programmable materialswere summarized in this paper.Key words ： lignin ； chemical modification ； lignin -based agricultural products ； lignin -based biomedical materials ； lignin -based smartmaterials木质素是地球上第二丰富的天然复杂有机物质。
木质素的改性及其在道路建设中的应用1
木质素的改性及其在道路建设中的应用引言木质素是一种可再生的天然高分子有机物,大量存在于造纸废液中。
从造纸废液中提取的木质素结构复杂，分子量分布范围宽，缺乏强亲水官能团，应用性能难以提高。
通过对木质素进行改性，可以提高其应用性能，拓宽应用范围，而且对促进资源充分利用、环境保护和制浆造纸业协调持续发展有重要意义。
目前广大研究工作者将木质素经过改性，使其在农业、石油、冶金、燃料、水泥及高分子材料工业上的应用已取得了较好的经济效益和社会效益。
改性木质素在道路方面的应用主要是作为沥青乳化剂和水泥减水剂，沥青和水泥是修筑道路不可缺少的主要材料。
随着道路建设的发展，乳化沥青和混凝土应用领域越来越宽、大大推动了沥青乳化剂和混凝土外加剂技术的发展，沥青乳化剂和水泥减水剂在道路的建设过程中起着重要的作用，木质素类沥青乳化剂和减水剂更是功不可没。
1木质素的化学性质和提取1.1木质素的化学性质木质素是由三种不同类型的苯丙烷基单体通过脱氢聚合生成的无定形具有巨大网状空间结构的三维聚合物。
木质素苯丙烷基单元有2/3是通过醚键连接的，其余为碳碳键连接，木质素结构、成分复杂、其水溶液是一种近似胶体的溶液，具有一定的表面活性，能降低水的表面张力。
木质素具有较大的表面积，其分子中的反应基团醚键、碳碳双键、醇羟基、酚羟基和苯环等都暴露在外，有利于对其进行化学改性，可进行烷基化、羟基化、酯化、酯化等反应。
1.2造纸废液中木质素的提取碱法制浆过程中，木质素大分子水性基团发生降解并溶解于蒸煮溶液中，黑液酸化后，碱木质素的不同成分依pH值下降而减少，酚羟基和羟基随pH值下降而增多，在pH值达到3时，木质素充分析出。
室温下酸化黑液析出的木质素凝聚性差，似胶体状，分离困难，随着温度升高，颗粒逐渐增大坚实，并产生沉淀。
工业提取木质素就是通过酸化，升温凝聚，然后离心分离或过滤分离得到。
2 改性木质素在道路建材中的应用2.1 改性木质素沥青乳化剂2.1.1改性木质素沥青乳化剂的合成改性木质素用于沥青乳化剂，一般都是以阳离子型木质素胺的形式使用，根据其合成原料的不同可以分为以下几种合成方法。
木质素的化学改性方法及其在油田中的运用
第38卷第2期2008年4月 日用化学工业China Surfactant Detergent &Cos metics Vol .38No .2Ap ril 2008收稿日期:2007-10-18;修回日期:2007-12-27作者简介:龚 蔚(1983-),男(汉),湖南人,硕士研究生,E -mail:gong wei401@1631com 。
木质素的化学改性方法及其在油田中的运用龚 蔚,蒲万芬,金发扬,彭陶钧(西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川 成都 610500)摘要:简要介绍了木质素资源的利用及木质素的化学结构特点;综述了目前木质素的磺化、硫化、氧化、接枝共聚、缩合、交联等化学改性方法和以木质素为原料制备的钻井液、油井水泥外加剂、稠油降黏剂及调剖堵水剂、水处理等方面的油田化学品的研究进展。
综合分析表明,改性后的木质素相对分子质量提高,水溶性、表面活性增强。
并从木质素的化学结构特点提出了木质素改性研究的发展方向。
关键词:木质素化学改性;油田化学品;应用中图分类号:T Q423 文献标识码:A 文章编号:1001-1803(2008)02-0117-04Chem i cal modi fi cati on of li gn i n and its utili zati n g i n oilfi eldG ONGW ei,PU W an -fen,J IN Fa -yang,PENG Tao -jun(State Key Laborat ory of O il and Gas Reservoir Geol ogy and Exp l oitati on,South west Petr oleu m University,Chengdou 610500,China )Abstract:The utilizati on and che m ical compositi on of lignin were briefly intr oduced .The p r ogress inche m ical modificati on of lignin including sulf onati on,sulfur treat m ent,graft copoly merizati on with acryla m ide,condensati on and cr oss linking,as well as the app licati on of the modified lignin in p reparati on of oilfield che m icals,such as oil well drilling fluids,oil well ce ment additives,thick oil viscosity reductants,water bl ocking agent for p r ofile contr ol,water treat m ent agents et al were revie wed .After che m ical modificati on,the molecular weigh of the lignin is upgraded while the water s olubility and surface activity were enhanced .The future devel opment f or modificati on of lignin based on the characteristics of its che m ical structure was p r oposed .Key words:che m ical modificati on of lignin;oilfield che m icals;app licati on 木质素是一种高分子有机物,大量存在于木材、竹、草等造纸原料中。
木素的综述
应用
3.应用
木质素及其改性物在油田化学品中的应用
Ⅰ钻井液处理剂 Ⅱ油井水泥外加剂 Ⅲ木质素类驱油剂 Ⅳ调剖堵水剂 Ⅴ稠油降黏剂 Ⅵ缓蚀剂、阻垢剂 Ⅶ缓蚀剂、阻垢剂
3.应用
Ⅰ钻井液处理剂： 木质素与纤维素、淀粉、
植物丹宁和腐殖酸并列为五大类钻井液用的 天然有机原料 , 是目前国内外用途较广、用量 最大、价格较低的钻井液处理剂。 通过甲醛缩合、接枝共聚、金属络合及磺 化处理等一系列改性反应 , 制备了降黏剂 PNK , 其性能优于国内外同类产品 , 具有较强的抗高 温抗盐污染能力和抑制性。 将木质素磺酸盐与烯类单体共聚也是制备 无污染降黏剂的有效途径 , 共聚产物适用于淡 水、盐水或钙处理钻井液体系。
木质素的化学改性方法及 其在油田中的运用
1.概要 2.改性
3.应用
1.概要
木质素 是一种高分子有机物 , 大量存在于木
材、竹、草等造纸原料中。在自然界中木质素的蕴 藏量仅次于纤维素 , 是第二大天然有机物。
人们在利用纤维素的同时 , 产生了大量的废弃木 质素 , 不仅浪费资源 , 还严重污染环境 。因此 , 无论 从资源利用 , 还是从环境保护的角度 , 木质素的研究 、开发和利用都显得尤为重要。
பைடு நூலகம்
2.改性
Ⅲ接枝改性：其产物具有较好的吸附性 , 能用作 钻井泥浆添加剂 。接枝改性后木质素的吸附性 能大大提高 ,可以用作水处理剂。采用 H O 为引 发剂 , 木质素磺酸盐与马来酸和丙烯酰胺进行三 元共聚 , 其产品具有良好的降黏性能和抗温性能 , 同时具有一定的抗盐抗钙性能 。
2.改性
Ⅳ聚合改性： 木质素的聚合改性 , 依反应机理 可分为两类: 木质素在非酚羟基位置的缩合反应; 木质素游离酚羟基与多个官能团化合物的交联反 应, 木质素磺酸盐与甲醛的缩合反应能有效提高 改性木质素对无机盐的分散能力。得到的黏稠状 高聚物对水中悬浮的细粒固体有很好的絮凝效果 , 比未经交联反应的木质素磺酸盐的絮凝效果好 。
木质素简介分离及其改性
木质素的前景展望
01
随着环保意识的提高，木质素的应用前景非常广阔。
02
未来，木质素的应用领域将不断扩大，其在生物质能源、高分
子材料等领域的应用将更加广泛。
同时，木质素的改性技术也将不断发展，以提高其性能和应用
03
范围。
感谢您的观看
THANKS
木质素还可以用于制造特种纸 张，如玻璃纸、铝箔纸等。
木质素在建筑领域的应用
木质素可以与其他材料混合，制成高性能的建筑材料，如木纤维板、石膏板等。
木质素还可以用于制造胶粘剂和墙纸等建筑材料。
木质素在其他领域的应用
木质素可用于制备香料、药物、染料等精细化学品。
木质素还可以用于制备生物燃料和高价值的化学品。
木质素具有酚类结构，可以与多 种物质发生化学反应，如氧化、 还原、酯化、醚化等。
木质素的来源
木材
木质素主要来源于木材，如松木、杨木、竹子等。
非木材
一些非木材植物，如甘蔗渣、稻草、麦秆等也含有木质素。
木质素的应用
造纸
木质素是造纸过程中重要的添加剂，可以 提高纸张的强度和防水性。
塑料
木质素可以用于制造塑料，如胶合板、层 压板等。
酯化改性
酚羟基酯化
通过酯化酚羟基增加木质素的亲水性和热稳定 性。
芳香环酯化
通过酯化芳香环结构改善木质素的可塑性和热 稳定性。
碳碳双键酯化
通过酯化碳碳双键增加木质素的亲水性和热稳定性。
04
木质素的应用及前景
木质素在造纸方面的应用
木质素是纸张生产的主要原料 之一，能够提供纸张强度和耐 磨性。
木质素在造纸过程中可以增加 纸张的吸水性和透气性，提高 纸张的质量和性能。
木质素简介分离及其改性研究
④水解反应
ü 木质素在热水中回流，能发生部分水解，并从这些水解产物中鉴定出多种二聚物和一些三聚物及四聚物 。
50％的二氧六环水溶液在180℃下回流，也能使木质素水解，鉴定出来的产物有松柏醇、香豆醇及它 们的醛类，还有香草醛、香草酸、紫丁香基衍生物，此外还有一些二聚物和三聚物。
木质素的水解，在制浆造纸过程中，是一个重要的反应，通过各种方式的碱性水解，使木质素结 构单元间的连接断裂并使之溶解出来，从而可以与纤维素实现分离。
维素、半纤维素酸水解、氧化降解或络合溶解，木质素作为水被残渣分离出来
。如：硫酸木质素、0盐1酸木质素。这种方法分0离2的木素其结构已发生了0变3化。
l 木素被溶解输而入标分题离
输入标题
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此类方法可采用有机溶剂和无机溶剂进行。主要有乙醇、醋酸、二氧六环等有机溶剂在
酸性条件下分离木质素；用氢氧化钠、硫化钠、亚硫酸钠等无机溶剂分离木质素。此
木质素与天然胶乳、丁腈胶乳、丁苯胶乳 和氯丁胶乳共沉，其硫化 胶的拉伸强度与填充炭黑时相当。
现在是25页\一共有27页\编辑于星期六
六、木质素的改性及应用
2、油田化学品
油田采油过程中遇到各种各样的问题，严重影响采油率的提高和油品的 质量，因此需要大量使用各种化学品。
目前，国内外由木质素生产的油田化学品主要有：
（4）共混改性木质素不参与化学反应，但由于与酚醛树脂结构的相似性以及极 性基团的相互作用，导致组分相容性好。
现在是21页\一共有27页\编辑于星期六
六、木质素的改性及应用
2.木质素-脲醛树脂胶粘剂（LUF）
实现方法：
（1）将木质素磺酸盐氧化改性后，木质素磺酸盐与脲醛树脂之间可以形成化
学键，对脲醛树脂的胶合强度有一定程度的提升。
木质素的结构及其化学改性进展
木质素的结构及其化学改性进展木质素是一种天然高分子化合物，在植物细胞壁和木材中扮演着重要的角色。
近年来，随着对木质素研究的深入，其化学改性方法及其应用前景受到了广泛。
本文将介绍木质素的基本结构、化学改性方法及其应用前景。
引出段：木质素是一种复杂的天然高分子化合物，在植物界中广泛存在。
近年来，研究者们致力于探索木质素的化学改性方法，以拓展其在工业、医药和材料等领域的应用。
那么，木质素的结构和化学改性进展究竟如何呢？木质素结构介绍：木质素是由苯丙素氧化聚合而成的天然高分子化合物，主要包括愈创木酚、紫丁香酚和儿茶酚等结构单元。
这些单元通过碳碳键和氧键连接在一起，形成具有复杂三维结构的高分子聚合物。
木质素的结构特征使其具有优异的物理性能和化学稳定性。
木质素化学改性进展：随着科技的不断发展，越来越多的化学改性方法被应用到木质素上，旨在提高其功能性和应用范围。
常见的木质素化学改性方法包括氧化、还原、磺化、甲基化、乙酰化和接枝共聚等。
这些方法均可改善木质素的溶解性、反应活性、耐候性和机械性能。
然而，每种化学改性方法都有其优缺点。
例如，氧化改性可以提高木质素的反应活性，但可能会导致其降解。
甲基化和乙酰化改性则能够改善木质素的溶解性和稳定性，但会降低其反应活性。
因此，针对不同的应用领域，需要选择合适的化学改性方法和改性程度。
应用前景：经过化学改性后的木质素在工业、医药和材料等领域具有广泛的应用前景。
在工业领域，改性木质素可以用于制造胶水、涂料和塑料等产品，替代传统的化石燃料原料。
在医药领域，木质素可以用于药物载体和生物材料的制备。
在材料领域，木质素可以用于生产可降解塑料、生物复合材料和功能材料等。
由于木质素具有出色的生物相容性和生物活性，其还可应用于生物医学领域，如药物递送、组织工程和生物传感器等。
通过化学改性，可以进一步改善木质素的生物相容性和生物活性，为其在生物医学领域的应用提供更多可能性。
木质素作为一种重要的天然高分子化合物，其结构和化学改性进展受到了广泛。
木质素的物理和化学性质(二)(2024)
引言概述：木质素是一种主要存在于植物细胞壁中的复杂有机化合物。
它具有独特的物理和化学性质，影响着木材的性能和用途。
本文将进一步探讨木质素的物理和化学性质，从分子结构、吸水性、热稳定性、氧化性和还原性等五个大点展开详细阐述。
正文内容：一、分子结构1.木质素的结构组成：主要由苯环结构和侧链结构组成。
2.苯环结构的影响：苯环的存在使木质素具有较高的分子质量和复杂的三维结构。
3.侧链结构的作用：侧链结构对木质素的性质和反应活性具有重要影响。
二、吸水性1.吸水性的定义：吸水性是指木质素与水之间相互作用的能力。
2.吸水性的因素：木质素的吸水性受到分子结构、侧链结构和苯环结构的影响。
3.吸水性的影响：吸水性对木材的稳定性、力学性能和耐用性等起着重要作用。
三、热稳定性1.热稳定性的定义：热稳定性是指木质素在高温条件下的稳定性。
2.热稳定性的影响：木质素的热稳定性受到苯环结构和侧链结构的影响。
3.热稳定性的应用：热稳定性对于木材的耐火性和热加工性具有重要影响。
四、氧化性1.氧化性的定义：氧化性是指木质素与氧气之间的反应活性。
2.氧化性的影响：氧化性受到木质素分子结构和侧链结构的影响。
3.氧化性的应用：氧化性导致木材的褐变和降解，影响木材的颜色和质量。
五、还原性1.还原性的定义：还原性是指木质素与还原剂之间的反应活性。
2.还原性的影响：还原性与木质素的结构、侧链结构和苯环结构密切相关。
3.还原性的应用：还原性介导木质素的化学修饰和功能改性，拓展木材的应用领域。
总结：木质素的物理和化学性质是由其结构组成决定的。
苯环结构、侧链结构和分子结构对木质素的吸水性、热稳定性、氧化性和还原性产生重要影响。
了解木质素的物理和化学性质，有助于我们深入认识木质素的特性，从而更好地利用木质素资源，提升木材的性能和价值。
改性木质素磺酸钠水凝胶的制备和应用研究
二、木质素磺酸盐的化学改性
2、酯化改性：木质素磺酸盐的磺酸基可以与有机酸进行酯化反应，提高其耐 酸、耐碱性能。例如，木质素磺酸盐与乙酸等进行酯化反应，可以显著提高其耐 酸、耐碱性能。
二、木质素磺酸盐的化学改性
3、氧化改性：通过氧化反应引入新的官能团，提高木质素磺酸盐的性能。例 如，使用过氧化氢等氧化剂处理木质素磺酸盐，可以引入新的官能团，提高其性 能。
一、木质素表面活性剂的化学改性
2、酯化改性：木质素的羟基可以与其他有机酸进行酯化反应，提高木质素表 面活性剂的耐酸、耐碱性能。例如，木质素与琥珀酸、乙酸等进行酯化反应，可 以显著提高其耐酸、耐碱性能。
一、木质素表面活性剂的化学改性
3、氧化改性：通过氧化反应引入羧基、醛基等官能团，提高木质素表面活性 剂的水溶性和乳化能力。例如，使用过氧化氢等氧化剂处理木质素，可以引入羧 基和醛基等官能团，提高其水溶性和乳化能力。
改性木质素磺酸钠水凝胶的 制备和应用研究
01 引言
03 参考内容
目录
02 制备方法
引言
引言
木质素是一种丰富的天然高分子材料，具有独特的结构特征和物理化学性能。 近年来，随着环境保护和可持续发展的重要性日益凸显，对木质素的改性及其应 用研究已成为材料科学和化学领域的研究热点。其中，改性木质素磺酸钠水凝胶 作为一种具有广泛应用前景的绿色材料，引起了研究者的广泛。本次演示将介绍 改性木质素磺酸钠水凝胶的制备方法及其在各个领域的应用研究。
一、木质素磺酸钠分散剂的制备
2、磺酸基的引入：在催化剂的作用下，将磺酸基引入到木质素分子中，以形 成木质素磺酸盐。
一、木质素磺酸钠分散剂的制备
3、钠盐的转换：通过与氢氧化钠反应，木质素磺酸盐被转化为木质素磺酸钠。 4、分散剂的制备：通过特定的加工方法，如微粒化、喷雾干燥等，将得到的 木质素磺酸钠制成分散剂。
木质素改良途径
木质素改良途径
木质素改良是一项重要的研究领域，旨在提高木质素的可利用性和性能。
木质素是植物细胞壁的主要组成部分之一，具有坚韧性和耐腐蚀性，但同时也使得木材难以降解和加工。
以下是一些常见的木质素改良途径：
1. 生物降解：
利用微生物或真菌等生物途径，降解木质素，使木材更易于加工和处理。
这种方法可用于生产纤维素和木质素生物燃料。
2. 酶解技术：
使用酶类 如纤维素酶、木质素酶）来降解木质素，将木材转化为生物燃料、化学品或其他有用的产品。
酶解技术对木质素进行裂解，使得其中的碳源更容易被利用。
3. 化学改性：
利用化学方法改变木质素分子结构，以增强木材的性能。
比如，在木质素分子中引入功能基团，增强其耐水性、耐腐蚀性和力学性能。
4. 生物技术：
利用基因编辑和转化技术，改良植物的木质素合成途径，使其产生更易降解或特定性能更优的木质素。
5. 热处理：
采用高温、高压或特殊处理方式，例如热压、热处理等，来改变木质素分子结构，增强木材的稳定性、硬度和耐久性。
6. 降解产品利用：
将通过降解或改性得到的木质素降解产物，如木糖、纤维素、单糖等，用于生产生物能源、生物化学品、生物塑料等产品。
7. 循环利用：
通过高效的回收和再利用技术，将废弃的木质素产品重新加工利
用，减少资源浪费。
这些方法在提高木质素的可利用性、改善木材性能、促进木材资源的循环利用方面都起着重要作用。
木质素改良的发展有助于推动可持续发展和生物资源的高效利用。
木质素的功能化与应用研究进展
木质素的功能化与应用研究进展木质素是一种在植物细胞壁中存在的复杂有机化合物，具有广泛的功能和应用。
近年来，人们对木质素的功能化与应用进行了深入研究，并取得了一系列重要进展。
首先，木质素的功能化研究主要集中在提取和分离纯化木质素以及改善木质素的性质和功能两个方面。
提取纯化木质素是为了进一步深入研究木质素的结构与性质，为其功能化应用提供基础支撑。
改善木质素的性质和功能则是为了扩大其应用范围和增强其性能。
目前，常用的功能化方法主要包括酸碱法、酶法、氧化还原法和化学改性等。
通过这些方法，我们可以调控木质素的结构，提高其溶解性、降低分子量、改善热稳定性等，从而为其应用于材料、化工、医药以及环境领域提供更多可能性。
其次，木质素的应用研究主要集中在材料科学、化学合成、医药和环境治理四个方面。
在材料科学领域，木质素被广泛用作增强材料、复合材料和聚合物材料的添加剂，以提高材料的力学性能、热性能、防火性能等。
在化学合成领域，木质素常用作原料或催化剂，参与各种有机合成反应，例如多糖、生物羟基磷酸酯以及荧光染料的制备等。
在医药领域，木质素被发现具有良好的抗氧化、抗菌、抗病毒和抗肿瘤等活性，因此被广泛应用于药物的研发和制备。
在环境治理领域，木质素可用于废水处理、土壤改良和土壤重金属污染修复等方面，因为其具有良好的吸附能力和解毒作用。
另外，近年来，越来越多的研究关注于利用生物技术手段提高木质素的产量和提高其功能。
通过基因工程和遗传改良等手段，可以调控植物合成木质素的相关基因表达，从而实现高产和改良木质素的结构与性质。
同时，利用生物技术还可以合成新型的功能化木质素分子，为其在材料、医药和化学等领域的应用提供更多可能性。
综上所述，木质素的功能化与应用研究取得了良好的进展。
通过提取和分离纯化以及改善木质素的性质和功能，我们不断扩大木质素的应用范围和增强其性能。
尤其是在材料科学、化学合成、医药和环境治理领域，木质素显示出巨大的潜力。
木质素的化学改性方法及其应用
反应进行了比较，表明两者的反应速度和磺化度的差 甲基丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯腈和苯乙烯等［７￣１２］。木质
异不大。
素接枝高分子聚合物在钻井液处理剂、絮凝剂、混凝
Ｓｏｋａｌｏｖａ 等［３］提出在氧化剂作用下，碱木素的自 土减水剂和土壤改良剂等领域已得到应用。本文作者
由基磺化反应，可在较低温度下进行。作者［４］等对蔗渣 利用由草浆造纸黑液回收的工业木质素合成共聚改
第 ２５ 卷第 １期
农业环境科学学报
１５
１ 磺化改性
目前，国内外利用木质素产物中的绝大多数为亚 硫酸盐法造纸制浆废液回收的木质素磺酸盐的形式。
木素磺甲基化反应可区分为 ２ 种方法：其一为一 步法，即在一定反应条件下，与甲醛和 Ｎａ２ＳＯ３ 反应； 另一种为两步法，即先羟甲基化，然后再与 Ｎａ２ＳＯ３ 发 生反应。何伟等［２］对麦草碱木质素和松木硫酸盐木质
引发或者辐射作用或者电化学接枝的方法。接枝合成 多属于在水溶性引发剂作用下的自由基反应，此类引 发剂应用较多的是铈盐、过硫酸盐 Ｈ２Ｏ２－ ＦｅＳＯ４ 和复 合型引发剂，如 Ｋ２Ｓ２Ｏ８－ ＮａＨＳＯ３、Ｋ２Ｓ２Ｏ８－ Ｎａ２Ｓ２Ｏ３。常用 的交联剂有 Ｎ， Ｎ’－ 亚甲基双丙烯酰胺，金属盐类，如
伟等［２］对麦草碱木质素和松木硫酸盐木质素高温磺化 钙盐等。木质素接枝共聚合成的单体包括丙烯酰胺、
碱木素的磺化条件进行了较为系统的研究，提出磺化 性产物削减降雨地表径流污染的研究表明，木质素类
反应的适宜条件为：Ｎａ２ＳＯ３ 用量 ５ ｍｍｏｌ·ｇ－１，ｐＨ１０．５， 温度 ９０℃，时间 ５ ｈ。在反应体系中加入适量 ＦｅＣｌ３ 或 者 ＣｕＳＯ４ 溶液作为接触催化剂，能提高木素磺化反应 的效果。周勇等［５］在反应中按摩尔比加入 Ｎａ２ＳＯ３，氧化 剂 ＦｅＣｌ３，调节 ｐＨ 值 ９￣１２，反应温度与反应时间分别 为 ９５℃￣９８℃、２ ｈ，制得木素磺酸盐，然后，在碱性条 件下，用空气氧化、水解，用丁醇或者苯萃取方法制得
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木质素化学改性及应用姓名：蒲黄彪学号：201106110007摘要：本文综述了由制浆造纸回收黑液分离而得的木质素的磺化改性方法及其应用情况。
分析表明，磺化改性后的木质素分子含量提高，水溶性、表面活性增强，其改性产物分别在混凝土减水剂、石油开采、聚氨酯合成等方面有良好的应用前景。
木质素的化学改性拓宽了木质素的应用范围，也提高了其实用价值。
加强木质素的改性与应用研究对保护生态环境，推动工业木质素应用的发展，促进制浆造纸废液污染治理，农林剩余生物质资源利用，开发可自然再生资源的综合利用具有重要意义。
关键词：木质素；磺化改性；综合利用前言木质素是木质化植物组织除去浸提成分（包括灰分）后的非碳水化合物部分，是具有芳香族特性的高分子无定形物质。
主要存在于木质化植物细胞壁，起着将细胞连接起来强化植物细胞的作用。
在化学上是苯基丙烷单元（C6-C3）主要通过C-C键或醚键结合起来的复杂化合物，甲氧基是其特征功能基［1］。
木质素是自然界中仅次于纤维素的第二大可再生资源。
这种天然有机高分子化合物由于其结构的复杂性、大分子的多分散性以及物理化学性质的不均一性，至今尚未得到充分有效的利用［2］。
目前可作为工业原料的木质素主要是造纸工业的副产品，主要分为木素磺酸盐和碱木素两大类，用于混凝土减水剂、分散剂、泥浆处理剂、土质稳定剂、表面活性剂、水处理剂、黏合剂等方面［3-6］。
工业木质素实际上是木质素大分子降解形成的小的碎片和各种碎片缩合物的一种混合物，保留有原本木质素的大分子骨架和基本的功能基团。
木质素分子结构中存在着芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、甲氧基、羧基、共轭双键等活性基团，可以进行氧化、还原、水解、醇解、酸解、光解、酰化、磺化、烷基化、卤化、硝化、缩聚或接枝共聚等许多化学反应［7］，这些性质使得木质素在现代化学工业中拥有巨大的潜在应用价值。
碱木质素不溶于酸性和中性试剂，仅可溶于碱性溶液和四氢呋喃、二氧六环、乙醇、甲醇等少量的有机溶剂。
木质素的结构比较复杂，一般公认木质素是由苯丙基(C9)单元通过C—O键或C—C键连接而成的交联网状的天然酚类高分子化合物。
因为木质素分子中具有芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、羧基等多种活性基团，兼具可再生、可生物降解以及无毒等优点，所以被视为优良的绿色化工原料，其改性研究备受关注。
木质素在化学上具有不稳定性，通过对木质素的化学改性研究(磺化、硫化、氧化、接枝共聚、缩合、交联)可极大地提高木质素的应用性能，并能拓展其应用领域。
1木质素的结构特点木质素的结构非常复杂，一般认为木质素是具有三维体型结构的天然酚类无规聚合物。
根据对木质素磺酸盐特性黏度的测定和电镜观察结果证明［8］，木质素磺酸盐分子大约有50个苯丙烷单元组成的近似于球状三维网络结构体，中心部位为未磺化的原木质素三维网络分子结构，中心外围分布着被水解且含有磺酸基的侧链，最外层由磺酸基的反离子形成双电层。
木质素共有3种基本结构(非缩合型结构)：即愈创木基苯丙烷结构、紫丁香基苯丙烷结构和对羟基苯丙烷结构。
3种基本结构(单元)均由芳香族的苯环及脂肪族的侧链构成，主要区别在于苯环上分别具有0-2个甲氧基团，对于不同科目的植物，其木质素基本结构单元的含量比例有所不同。
相当于木质素是由松柏醇、芥子醇和对香豆醇3种前驱体脱氢后以作为联苯型结构的C-C键、醚键等形式连接而成的具有三维空间结构的天然高分子物质。
Willis J M等［9］也研究了木质素磺酸盐的分子量及分子结构，在电子显微镜下，观察到木质素磺酸盐大分子的形状近似于球状或块状。
近年来，Afanasjev N等［10］进一步研究了木质素磺酸盐分子连接方式，认为它在溶液中的结构是由其聚合物链的拓扑结构和构象所决定的，并且存在着无规则的支链，由支化的高分子电解质特性决定了其热力学柔性属于中度刚性键聚合物。
木质素磺酸盐同时具有C3-C6疏水骨架以及亲水性基团(如磺酸基，羧基等)，属于阴离子表面活性剂，但木质素磺酸盐的结构特征和分子量分布决定了其在性能方面不同于其他合成的表面活性剂［11］。
在几种功能基团中，羟基在木质素中存在较多，以醇羟基和酚羟基2种形式存在，而酚羟基的多少又直接影响到木质素的物理和化学性质，如能反映出木质素的醚化和缩合程度，同时也能衡量木质素的溶解性能和反应能力；在木质素的侧链上，有对羟基安息香酸、香草酸、紫丁香酸、对羟基肉桂酸、阿魏酸等酯型结构存在，这些酯型结构存在于侧链的α位或者γ位［12］。
同酚羟基一样，木质素的侧链结构也直接影响其化学反应性能。
2 木质素的三种基本结构（1）愈创木基结构（2）紫丁香结构（3）对羟苯基结构由上可见，木质素分子结构中存在着芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、甲氧基、羧基、共轭双键等活性基团，故而可进行多种反应，本文中着重讨论磺化改性反应。
3 木质素的磺化改性目前，国内外利用木质素产物中的绝大多数为亚硫酸盐法造纸制浆废液回收的木质素磺酸盐的形式。
与碱法造纸制浆黑液回收的木质素相比，其水溶性、分散性、表面活性等较好，木质素的磺化改性主要包括对木质素的磺化和磺甲基化反应。
3.1 磺化木质素磺化改性，一般采用的是高温磺化法，即将木质素与Na2SO3在150-200℃条件下进行反应，使木质素侧链上引进磺酸基，得到水溶性好的产品。
马涛等［13］在碱木质素磺化实验条件：Na2SO3用量1.0-6.0mmol·g-1,NaOH与Na2SO3重量比为1:9，液比为1:4，反应最高温度为165℃，保温时间5h。
在pH 为14、80℃的条件下，将反应产物与适量的Zn2+反应5h，制得含锌量为18.60 mg·g-1的木质素磺酸锌的螯合微肥。
何伟等［14］对麦草碱木质素和松木硫酸盐木质素高温磺化反应进行了比较，表明两者的反应速度和磺化度的差异不大。
Sokalova等［15］提出在氧化剂作用下，碱木素的自由基磺化反应，可在较低温度下进行。
穆怀珍等［16］对蔗渣碱木素的磺化条件进行了较为系统的研究，提出磺化反应的适宜条件如下：Na2SO3用量5 mmol·g-1，pH为10.5，反应温度为90℃，时间5h。
在反应体系中加入适量FeCl3或CuSO4溶液作为接触催化剂，能提高木质素磺化反应的效果。
周勇等［17］在反应中按摩尔比加入Na2SO3，氧化剂FeCl3，调节pH 9-12，反应温度与反应时间分别为95℃-98℃、2h，制得木素磺酸盐，然后，在碱性条件下，用空气氧化、水解，用丁醇或者苯萃取方法制得香兰素产品。
3.2磺甲基化木质素溶于碱性介质，其苯环上的游离酚羟基能与甲醛反应引入羟甲基。
木质素经羟甲基化以后，在一定反应温度条件下与Na2SO3、NaHSO3或者SO2发生苯环的磺甲基化反应。
此时，侧链的磺化反应则较少发生。
木素磺甲基化反应可区分为2种方法：其一为一步法，即在一定反应条件下，与甲醛和Na2SO3反应；另一种方法为两步法，即先羟甲基化，然后再与Na2SO3发生反应。
何伟等［14］对麦草碱木质素和松木硫酸盐木质素高温磺化反应进行了比较。
木质素与3mol甲醛在pH为11.0，反应温度为70℃下反应，加酸沉淀出木素后，再在pH为7.0，反应温度为100℃的条件下，与3mol Na2SO3反应，得到工业木质素磺甲基化产物。
在磺甲基化反应中，硫酸盐木质素的反应速度和可达到的最大磺化度均比麦草木质素大。
木材经磺甲基化改性后，具有良好的水溶性和表面活性。
麦草碱木素在pH>=11.0、70℃左右与甲醛进行甲基化反应2h，然后再加入Na2SO3，控制温度、压力和反应时间等参数，能制得混凝土减水剂，其减水率达到10%，28d后，混凝土的抗压强度提高了5%左右。
4 应用江嘉运等［18］综述了制浆废液回收的木质素经磺化改性后所得的木质素磺酸盐具有一定的表面活性，结构中有相对易断裂的醚键，相对反应活性较大的酚羟基基团，在用作制备改性减水剂方面具有重大的经济与环境效益。
龚蔚等［19］综述了目前木质素的磺化改性方法和以木质素为原料制备的油田化学产品的研究进展。
分析表明，改性后的木质素相对分子质量提高，水溶性及表面活性均提高。
Hatakeyama 等［20］研究了将硬木木质素和木质素磺酸钠在65～75 ℃的温度下分别溶解在聚氧化乙烯二醇（相对分子质量为200）中，再加入糖蜜作为聚氨酯泡沫塑料填充剂，以硅树脂为表面活性剂、少量水作为发泡剂、二月桂酸二丁基锡为催化剂，与MDI 发生反应制得了增强型半硬质聚氨酯泡沫塑料。
试验表明，随着木质素含量的增加，聚氨酯泡沫的密度明显增加。
泡沫的抗压强度以及弹性模量随密度的增加而呈线性增加。
聚氨酯泡沫的无定形结构表明木质素在聚氨酯的网络结构中起到了增强的作用。
经DSC 和TG 分析表明，聚氨酯的玻璃化转变温度不随木质素的含量变化而变化，在300 ℃下木质素聚氨酯的热稳定性仍然良好。
结束语木质素在自然界中含量相当丰富，据估计全世界每年约可产生6×1014t，木质素是一种极具潜力的资源，作为制浆造纸工业必然产生的废弃物和农业剩余物，将其回收改性是实现资源最大化利用的必由之路，加大其应用基础理论和实用技术的研究，有助于减轻环境污染和弥补矿产资源日渐减少对社会经济可持续发展的制约有重要意义。
目前，对木质素类改性产物的研究与其应用脱节，开发及改性研究的工艺复杂，导致成本增加，因此对木质素进行改性，赋予其某些优良性能，提高产品附加值，今后在木质素的改性方法中必须加快木质素分子结构、化学改性等基础性研究，同时，通过对木质素结构的可控化学修饰，提高其化学反应活性或控制其聚集态结构和相互作用力强度，在分子水平实现对材料性能的优化设计。
木质素及其改性产品的市场需求呈逐渐增加势头，使木质素综合利用并由其获得相应的经济效益逐渐成为现实。
因此，今后在木质素的改性方法中加强新方法、新技术和新工艺的研究，开发市场需求大的木质素产品，加快木质素利用的规模化、产业化进程，必将推动可自然再生资源的充分利用和制浆造纸废弃物的污染排放的有效治理。
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