离子液体[BMIm]Cl中木质素的氧化及环氧树脂合成

摘要

木质素在自然界中的含量仅低于纤维素，是目前已知第二大可再生资源。截至目前，每年由工业所产生的木质素得到有效利用的不到总的工业木质素的5％，绝大部分都在工业废水中被当做污水排放出去，这造成了木质素资源的极大浪费，并且含有木质素的工业废水的排放也会对环境造成严重的破坏。因此，近年来，木质素在材料应用方面的研究受到了人们的广泛重视，国内外学者通过改变木质素的结构，提高木质素的反应活性，进而替代部分石化工产品去合成一些高分子材料。
　　本文通过结合木质素的理化性质及化学结构特点，在综合文献的基础上使用工业碱木质素(LG)为原料，使用离子液体[BMIm]Cl替代传统有机溶剂，使用H2O2作为氧化剂对木质素进行氧化改性，得到氧化木质素(OLG)。然后使用改性后的氧化木质素(OLG)与环氧氯丙烷(ECH)在碱性催化条件下进行环氧化反应合成木质素基环氧树脂(LGEP)，根据实验测定的LGEP的环氧值为基准，探究不同反应条件对LGEP合成反应的影响，并建立自催化反应模型对LGEP的固化反应过程进行初步的动力学分析。
　　首先，将原料碱木质素进行预处理，通过干燥，粉碎和筛选后，使用碱溶酸沉工艺对碱木质素进行提纯，将经过处理提纯的木质素使用离子液体[BMIm]Cl替代传统有机溶剂在70℃的条件下将其溶解2h，使用H2O2作为氧化剂对溶解的木质素进行氧化改性，氧化时间为2h，氧化温度为80℃，得到氧化木质素(OLG)。
　　其次，以OLG为原料，参照双酚A型环氧树脂的合成原理将OLG与环氧氯丙烷(ECH)在NaOH碱性条件下进行环氧化反应，得到产物木质素基环氧树脂(LGEP)，将产物经过FT-IR红外表征分析表明，LG与ECH发生环氧化反应，反应成功合成LGEP。设计三水平四因素的正交实验，以环氧值为响应值，分别考察ECH的用量，反应溶液的PH值，反应时间以及反应温度这四个影响因素对环氧化反应的影响，探究最佳合成工艺，得到LGEP的最佳合成条件为: m(ECH)∶m(OLG)=6∶1，PH=9，反应温度=115℃，反应时间=6h，在此条件下经过环氧化反应生成的LGEP的环氧值为0.363。在此工艺条件的基础下，设定单因素实验对合成的LGEP进行其他各项性能的测定，测得吸水率为0.472，粘度为6.63P，固含量为51％。
　　最后，将合成的LGEP进行固化反应，固化过程使用的固化剂为邻苯二甲酸酐，反应促进剂为三乙胺，建立自催化反应模型对固化过程进行动力学分析，根据固化动力学方程求得LGEP的最佳固化温度为T=502.52K，在此条件下求得当固化度α=95％时，所需固化时间t=62.85min;固化度α=99％时，所需固化时间t=154.66min。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 环氧树脂

1．1．1 环氧树脂的结构及分类

1．1．2 环氧树脂的合成

1．1．3 环氧树脂的固化

1．2 木质素

1．2．1 木质素的分布及构成分类

1．2．2 木质素的改性及应用

1．3 离子液体

1．3．1 木质素在离子液体中的液化与分离

1．4 课题研究内容

1．4．1 课题的提出

1．4．2 课题主要研究内容

2 木质素的氧化改性

2．1 实验部分

2．1．1 实验试剂及仪器

2．1．2 实验原理

2．1．3 实验方法与步骤

2．2 表征与分析

2．2．1 LG的元素分析与工业分析

2．2．2 LG的热失重分析(TG-DSC)

2．2．3 红外光谱分析(FT-IR)

2．2．4 电镜扫描(SEM)

2．2．5 碱木质素的羟基含量的测定

2．3 结果与讨论

2．3．1 LG的元素分析与工业分

2．3．2 LG的热失重分析

2．3．3 红外光谱分析

2．3．4 电镜扫描(SEM)

2．3．5 木质素羟基含量的测定

2．4 本章小结

3 环氧树脂的合成及固化

3．1 实验部分

3．1．1 实验试剂与仪器

3．1．2 环氧树脂合成实验原理

3．1．3 实验方法与步骤

3．2 表征分析

3．2．1 红外光谱分析(FT-IR)

3．2．2 LGEP固含量的测定

3．2．3 环氧值的测定

3．2．4 LGEP粘度的测定

3．2．5 LGEP吸水率的测定

3．2．6 LGEP的热分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 红外光谱分析

3．3．2 LGEP的合成工艺优化

3．3．3 LGEP的主要性能分析

3．3．4 LGEP的固化动力学分析

3．4 本章小结

4 结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果