木质素嵌段聚醚及羧酸盐表面活性剂的合成及性能研究

发布时间：2020-08-08 02:55

【摘要】： 本文从有效综合利用木质素这一天然可再生生物质资源的角度出发,对碱木质素与环氧丙烷、环氧乙烷的烷氧基化反应以及羧甲基化反应进行了研究,创新合成了木质素嵌段聚醚非离子表面活性剂和木质素聚醚羧酸盐阴离子表面活性剂,对两类表面活性剂的表面物理化学性能及缓蚀应用性能进行了研究,证明它们具有较好的缓蚀效果,为开发性能优良的木质素表面活性剂提供了理论依据。 1.对原料碱木质素进行了分离提纯,经过提纯后的碱木质素中木质素的含量从52.90 %提高到88.43 %,灰分减少12.26 %,水分减少8.19 %;对纯化后的碱木质素中重要官能团的含量、分子量及其分布、FT-IR、热分解行为和Py-GC-MS进行了测定和分析。纯化后碱木质素总羟基含量8.43 %,其中酚羟基4.62 %,醇羟基3.81 %;碱木质素数均相对分子质量为740,质均相对分子质量为1600,多分散性指数2.1;碱木质素中存在大量酚型愈创木基结构单元和少量对羟苯基结构单元,且结构单元之间多以醚键连接,含有的主要活性基团包括羟基、甲氧基和少量的羰基;通过热分解反应佐证了它是由一系列非晶态的、明显具有取代酚结构特征的大分子和小分子所组成的混合物。 2.纯化后的碱木质素在碱催化下与环氧丙烷和环氧乙烷进行烷氧基化反应,制备了不同聚合度的木质素嵌段聚醚非离子表面活性剂。适宜的合成工艺条件为pH值11~12;聚合方式:分批加料,先通环氧丙烷与起始剂反应,再以环氧乙烷封端的方式;聚合温度60℃,聚合压力0.2 MPa;聚醚精制条件为纯水5 %、抽真空温度为100~110℃,压力1.3 KPa。利用FT-IR对合成产物进行了结构表征。利用紫外光谱定量测定了产物中木质素的含量,木质素聚醚非离子表面活性剂中木质素的质量分数可达58.89 %。测定了不同聚合度产物的表面物理化学性能。当木质素聚醚质量分数2.5 %时,表面张力可达到37.0 mN/m;对苯的增溶性能达0.75 mL/g。 3.木质素聚醚在碱性条件下与3-氯丙酸反应,得到木质素聚醚羧酸盐。适宜的反应条件为n(木质素羟基)∶n(环氧丙烷)=1∶10(mol/mol),氢氧化钠用量n(NaOH)∶n(木质素聚醚)=2.5(mol/mol),3-氯丙酸的用量n(3-氯丙酸)∶n(木质素聚醚)=1.2(mol/mol),反应温度80℃,反应时间4 h,木质素聚醚转化率可达到94.8 %。利用FT-IR对产物进行了结构表征。对木质素聚醚羧酸盐进行了热失重TAG分析,其起始失重温度要比木质素聚醚高80~90℃。对不同聚合度的产物进行了表面物理化学性能测定,质量分数为2.5 %时表面张力可达到的41.2~45 mN/m,钙皂分散指数4.8 %~8.4 %;对松节油的乳化力31~32 s,泡沫高度为30~50 mm。 4.木质素聚醚与1,4-丁炔二醇复配的复合型缓蚀剂效果最好,复配比为2:1(质量比),30℃下,缓蚀率可达到97.6 %。当木质素聚醚羧酸盐缓蚀剂用量为0.1 g/L,30℃下时,缓蚀率可达97.7 %。扫描电子显微镜观察,加入缓蚀剂后A3钢片表面未见明显的点蚀和条纹腐蚀,未加缓蚀剂的钢片整体腐蚀较为严重且表面出现明显的点蚀现象。
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK6
【图文】：

曲线,木质素,分子量分布,曲线

Tab 2-3 Functional group content analysis of the purified alkali lignin品ple总羟基Totalhydroxyl酚羟基Phenolhydroxyl醇羟基Alcoholhydroxyl总酸性Totalacidity羰基Carbonyl羧基Carbgro木质素 alkalinin8.43 4.62 3.81 5.68 4.84 3.1 纯化后碱木质素的分子量分布色谱是研究高分子化合物分子量分布的最有效的手段，也是测定木质快速、简单可靠的方法。木质素是一种非均一性的大分子化合物，相围较宽，以质均相对分子质量 Mw计，通常在 300~100 000 之间，其中 1000 和大于 30 000 的级分大约各占木质素总量的 10 %，而相对分子0 000 的级分约占木质素总量的 80 %[86]。一般来说，低分子量的木质素缔合在一起;高分子量的木质素磺酸盐，在水中表现出聚合电解质的结果见表 2-4。

热重曲线,热重曲线,木质素,量热曲线

24热峰应属于样品的热分解反应。图2-3 木质素的热重曲线和微熵热重曲线Fig.2-3 The TG and DTG curves of lignin图2-4 木质素差示扫描量热曲线和微熵量热曲线Fig.2-4 The DSC and DDSC curves of lignin2.3.2.7 木质素Py-GC-MS分析纯化后的碱木质素的Py-GC-MS总离子流图见图 2-5所示。

木质素,量热曲线,差示扫描量热,热重曲线

图2-3 木质素的热重曲线和微熵热重曲线Fig.2-3 The TG and DTG curves of lignin图2-4 木质素差示扫描量热曲线和微熵量热曲线Fig.2-4 The DSC and DDSC curves of lignin2.3.2.7 木质素Py-GC-MS分析纯化后的碱木质素的Py-GC-MS总离子流图见图 2-5所示。

【相似文献】