木质素-糠醇树脂基发泡材料的初步研究文献综述

前言：

泡沫塑料由于具有优良的特性，在机械、化工、食品、装饰、电子等行业中的用量正以较快的速度递增。但由于泡沫塑料是从石油或天然气中提炼加工得到，考虑到石油资源的有限性，人们想到制备生物质泡沫。开发利用糠醇木质素泡沫，不仅为更好地利用丰富的天然资源、减少石油资源的消耗开辟了一条新的途径，也为解决造纸厂由于排放含有木质素的废液和聚苯乙烯泡沫塑料等人工高分子带来的环境问题找到了有效的解决方式。木质素作为造纸工业的回收物，是一种具有较广应用前景的新型热塑性材料。对其进一步深加工，如发泡，对替代现有人工高分子材料有着重要的意义。

正文：

实验背景：

木质素是一种通常来源于植物的复杂有机化合物,它能使植物细胞壁变硬、加强的作用。作为地球上最为丰富的有机聚合物之一,且丰富程度仅次于纤维素,木质素包含30 %的非化石有机碳,在木头、竹子、稻草、麦秸等的干重中占到了三分之一到四分之一的比例。木质素是一种交联的生物聚合物,其分子质量超过1 0,00 0u[1]。性质上相对疏水并且具有芳香性，当受到化学试剂、温度、酸度影响时，都会发生化学变化。即便在较温和的条件下，也会发生缩合作用。经过光谱法、生物合成等多种方法研究结果确定，木质素是由苯基丙烷结构单元构成的，具有三维空间结构的天然高分子化合物。木共有三种木质素单体:p-香豆基醇、松柏醇以及芥子醇。这些单体木质醇以苯丙素的形式被纳入木质素中,它们分别 是:P-羟苯基（H）、愈创木基 ( G ) 和丁香属（S）。裸子植物含有包括几乎全部的愈创木基(G)以及少量p一羟苯基(H)在内的木质素。双子 叶被子植物往往是G和S(含有少量的) H的混合物,单子叶植物的木质素是所有三者的混合物。许多草含有大部分的G,而一些棕搁树主要含有S。所有木质素都包含少量的不完整或己改性的单体木质醇,而其他单体则突显于非木本植物中[2]。

木质素作为可替代材料的可行性在于其本身具有甲氧基、酚羟基、醇羟基、羰基等多种官能团和化学键，因此其反应活性特别强，它可与亲电子试剂反应，也可与亲核试剂反应，还能进行氧化反应、卤化反应、硝化反应、醛化反应、缩聚反应等。在木质素侧链的官能团上，还能进行烷基化、酞化、酚化等反应[3]。另外，改性的木质素在树脂中具有可溶性。木质索还可以进行降解反应，产生一系列的低分子化合物，木质素很强的反应活性是它进行化学改性的条件，经过化学改性的胶粘剂的性能比直接应用时在性能上要优良得多。因此，把木质素分子合并进树脂中，通过游离基的聚合物是完全可行的[4]。

糠醇又名呋喃甲醇，由糠醛气相或液相加氢制得。它的来源很广，可从诸如秸秆、甘蔗渣、稻壳、玉米芯等各种农作物废料中通过戊糖裂解脱水制得，主要用于生产糠醛树脂、呋喃树脂、改性尿醛和酚醛树脂等，20世纪50年代，糠醇首次应用于木材改性，开辟了糠醇新的应用领域。糠醛可由农作物废料，如玉米芯、蔗糖渣、棉子壳、向日葵杆、麦壳和稻壳中的戊糖裂解脱水制成。世界上糠醛产量的2/3用于生产糠醇。我国是世界上糠醛产量和贸易量最多的国家，年产量约10余万t;但用于生产糠醇的糠醛仅占其总产量的 5% 左右，80%的糠醛廉价出口［5］。我国糠醇生产主要采用玉米芯为原料，玉米年产量约 1.1 亿～1. 3 亿t，年产玉米芯2 000万t，10t玉米芯可生产1 t糠醇，加上甘蔗渣、麦壳、稻壳和向日葵杆等资源，估计每年潜在糠醇产量为400万t，生产利用潜力巨大。

糠醇是无色或淡黄色液体，微有芳香气味，暴露在日光和空气中会使颜色加深，可燃，分子量 98. 01，与水能混溶，除烷烃外能溶于大部分有机溶剂。在常温或加热并有催化剂存在的条件下，糠醇能自行缩聚为树脂，聚合反应为放热反应。缩聚时间越长，生成物中呋喃环的数目越多，其粘度也将越高，直至变为固体物［6］。糠醇主要用于生产糠醛树脂、呋喃树脂、改性尿醛和酚醛树脂等，也是树脂、清漆、颜料的良好溶剂，还可用于铸造生产中造型和制芯，在合成纤维、橡胶、农药等方面也有广泛的用途。糠醇聚合后的树脂强度高、耐热性和耐水性都很好，对酸、碱、盐和有机溶液有良好的抵抗力，是木材、橡胶、金属和陶瓷等多孔材料的优良粘结剂。