1,4-丁磺酸内酯磺化木质素及其分散性能研究

发布时间：2017-10-24 08:41

  本文关键词：1,4-丁磺酸内酯磺化木质素及其分散性能研究

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【摘要】：我国造纸行业以碱法纸浆为主,每年可产生大量的工业木质素,其中碱木质素占主导。碱木质素水溶性差且化学反应活性低,严重限制了其工业应用。对碱木质素进行化学改性,对于增加其附加价值、保护环境具有重要意义。目前对碱木素进行磺化改性,合成具有两亲性的木质素磺酸盐分散剂是较为常用的改性方法。已经报道的磺化工艺如羟甲基化、接枝磺化等,其反应位点主要为碱木质素苯丙烷的α-C或者碱木质素苯环上酚羟基的邻位,通过接入磺酸基增强水溶性。然而短链的磺酸基对木质素的分散性提高有限,以碱木质素的酚羟基为磺化反应位点在其分子中引入长链烷基磺酸、含有长链烷基磺酸的木质素改性聚合物的分散性能并没有相关论文报道。探究如何以碱木质素的酚羟基为磺化反应位点引入长链烷基磺酸基团、制备烷基磺酸磺化木质素的条件及其分散性能,对拓宽碱木质素的改性及其产物的应用范围,具有十分重要意义。本文以碱木质素(AL)为原料,以1,4-丁磺酸内酯(1,4-BS)为磺化剂,以酚羟基为反应位点,在氢氧化钠的催化下,制备了丁基磺酸磺化木质素(ASLS)。结构表征表明ASLS成功制备,官能团测试结果显示,随着1,4-BS添加量增加,ASLS的酚羟基含量降低,磺化度增大,其中当m(AL):m(1,4-BS)为1:0.3时,ASLS3的磺化度高达3.86 mmol/g,分子量为9900 Da。实验探究磺化度和分子量较高的ASLS3对聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)的分散性能,制备了PEDOT:ASLS聚合物并对其结构及性能进行相关表征和测试。结果表明PEDOT:ASLS聚合物具有颗粒粒径小、室温电导率高、成膜性好、电化学性能好等优点。探究了ASLS3的掺量对PEDOT:ASLS聚合物性能的影响,结果表明随着ASLS3掺量的增加,其粒径逐渐减小,室温电导率逐渐降低,当m(EDOT)/m(ASLS)为1时,室温电导率达到0.0607 S/cm。在1,4-BS磺化的基础上,以1,6-二溴己烷(C6H12Br2)为烷基桥联,制备了烷基桥联丁基磺酸磺化木质素(AASLS)。结构表征及官能团测试结果表明AASLS成功制备,长链烷基链和丁基磺酸同时接入。实验探究AASLS在45%多菌灵悬浮剂的应用性能,结果表明当掺量为3%时,AASLS3和AASLS4制备的45%多菌灵悬浮剂的产品性能符合应用性能要求:热贮后粒径小于2μm,悬浮率高达99%。AASLS3和AASLS4烷基桥联的结构有利于提高其空间位阻作用,其烷基链的缠绕有利于发挥AASLS3和AASLS4的π-π作用力,长链烷基磺酸裸露在外,两者协同作用下提高了对多菌灵颗粒分散和吸附。此外,研究了AASLS4对多壁碳纳米管(MWCNTs)的分散性能,结果表明AASLS4制备的MWCNTs悬浮液的分散优于聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚苯乙烯磺酸钠(PSS)制备的MWCNTs悬浮液,电化学性能好,氧化峰准可逆,方块电阻低。将经AASLS4修饰后的MWCNTs掺杂PEDOT制备PEDOT/MWCNTs复合材料,当m(MWCNTs):m(PEDOT)=1:4时,与PEDOT:ASLS相比,PEDOT/MWCNTs的电导率提高了将近两个数量级,调控了其电化学行为。
【关键词】：木质素 1 4-丁磺酸内酯 聚(3 4-乙撑二氧噻吩) 多菌灵悬浮剂 多壁碳纳米管
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O636.2
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-26
• 1.1 木质素的概述13-15
• 1.2 木质素的改性研究进展15-19
• 1.2.1 物理改性15-16
• 1.2.2 化学改性16-19
• 1.2.3 生物改性19
• 1.3 木质素分散剂的研究进展19-21
• 1.4 磺酸内酯磺化的应用研究21-23
• 1.5 本论文的研究意义及主要内容23-26
• 1.5.1 本论文的研究意义和背景23-24
• 1.5.2 本论文的主要研究内容24-25
• 1.5.3 本论文的创新点25-26
• 第二章 实验技术与测试方法26-38
• 2.1 主要实验原料与试剂、仪器26-28
• 2.1.1 主要实验原料与试剂26-27
• 2.1.2 实验主要仪器27-28
• 2.2 碱木质素的改性工艺28
• 2.2.1 碱木质素的提纯工艺28
• 2.2.2 丁基磺酸磺化木质素制备工艺28
• 2.2.3 烷基桥联丁基磺酸磺化木质素制备工艺28
• 2.3 结构表征及主要基团含量测定方法28-31
• 2.3.1 相对分子质量（GPC）测试28-29
• 2.3.2 核磁共振氢谱（1H NMR）测试29
• 2.3.3 傅立叶变换红外光谱（FI-IR）测试29
• 2.3.4 磺化度的测定29-30
• 2.3.5 酚羟基含量的测定30-31
• 2.4 水分散性聚（3,4-乙撑二氧噻吩）的制备及性能测试31-33
• 2.4.1 水分散性聚（3,4-乙撑二氧噻吩）的制备工艺31
• 2.4.2 傅立叶变换红外光谱（FI-IR）测试31
• 2.4.3 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）测试31
• 2.4.4 颗粒粒径测试31
• 2.4.5 室温电导率测试31-32
• 2.4.6 电化学性能测试32
• 2.4.7 原子力显微镜（AFM）测试32-33
• 2.5 多菌灵悬浮剂的制备及性能测试33-35
• 2.5.1 悬浮剂的制备工艺33
• 2.5.2 悬浮剂悬浮率的测定33-34
• 2.5.3 悬浮剂颗粒粒径的测定34
• 2.5.4 悬浮剂热贮稳定性34
• 2.5.5 悬浮剂流变性能的测定34
• 2.5.6 多菌灵颗粒表面吸附量的测定34-35
• 2.5.7 多菌灵颗粒表面Zeta电位的测定35
• 2.6 多壁碳纳米管悬浮液的表征35-38
• 2.6.1 多壁碳纳米管悬浮液的制备35-36
• 2.6.2 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）测试36
• 2.6.3 透射扫描电镜（TEM）测试36
• 2.6.4 比表面积测试36-37
• 2.6.5 拉曼光谱测试37
• 2.6.6 方块电阻测试37
• 2.6.7 循环伏安曲线测定37-38
• 第三章 丁基磺酸磺化木质素的制备及其对聚（3,4-乙撑二氧噻吩）的分散性能38-55
• 3.0 前言38-39
• 3.1 丁基磺酸磺化木质素的制备39-41
• 3.1.1 碱木质素的提纯39-40
• 3.1.2 丁基磺酸磺化木质素的制备40-41
• 3.2 丁基磺酸磺化木质素的表征41-45
• 3.2.1 红外光谱分析41-42
• 3.2.2 核磁光谱分析42-43
• 3.2.3 官能团（酚羟基、磺酸基）含量的测定43-44
• 3.2.4 分子量分析44-45
• 3.3 丁基磺酸磺化木质素对聚（3,4-乙撑二氧噻吩）的分散性能45-53
• 3.3.1 水分散性聚（3,4-乙撑二氧噻吩）复合材料的制备45-46
• 3.3.2 水分散性聚（3,4-乙撑二氧噻吩）聚合物的表征46-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第四章 烷基桥联丁基磺酸磺化木质素的制备及其在多菌灵悬浮剂的应用55-70
• 4.0 前言55-56
• 4.1 烷基桥联丁基磺酸磺化木质素的制备56-57
• 4.1.1 碱木质素的提纯56
• 4.1.2 烷基桥联丁基磺酸磺化木质素的制备56-57
• 4.2 烷基桥联丁基磺酸磺化木质素的表征57-61
• 4.2.1 红外光谱分析57-58
• 4.2.2 核磁光谱分析58
• 4.2.3 分子量分析58-60
• 4.2.4 官能团（酚羟基、磺酸基）含量的测定60-61
• 4.3 烷基桥联丁基磺酸磺化木质素应用于多菌灵悬浮剂的研究61-68
• 4.3.1 多菌灵悬浮剂配方的筛选及应用性能的研究61-64
• 4.3.2 AASLS对 45%多菌灵悬浮剂应用性能的影响64-65
• 4.3.3 烷基桥联丁基磺酸磺化木质素在多菌灵颗粒表面的吸附特性65-68
• 4.4 本章小结68-70
• 第五章 烷基桥联丁基磺酸磺化木质素对多壁碳纳米管的分散性能70-88
• 5.0 引言70-71
• 5.1 非共价功能化碳纳米管的制备71
• 5.2 烷基桥联丁基磺酸磺化木质素/碳纳米管分散体系的表征71-79
• 5.2.1 紫外可见吸收光谱（UV-Vis）测试71-75
• 5.2.2 透射电镜（TEM）分析75-76
• 5.2.3 比表面积测试76-77
• 5.2.4 拉曼光谱测试77-78
• 5.2.5 方块电阻测试78
• 5.2.6 电化学分析78-79
• 5.3 高电导率聚（3,4-乙撑二氧噻吩）/多壁碳纳米管复合材料的制备79-86
• 5.3.1 聚（3,4-乙撑二氧噻吩）/多壁碳纳米管复合材料的制备80-81
• 5.3.2 紫外-可见光谱分析81-82
• 5.3.3 粒径分析82-83
• 5.3.4 室温电导率分析83-84
• 5.3.5 电化学分析84-85
• 5.3.6 薄膜形貌分析85-86
• 5.4 本章小结86-88
• 结论与展望88-90
• 参考文献90-105
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果105-107
• 致谢107-108
• 答辩委员会对论文的评定意见108

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