木质素碳纤维制备研究

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1、木质素碳纤维制备研究木质素是地球上总量仅次于纤维素的第二类芳香族高分子材料，目前主要作为工业造纸的副产物，随废水排放。随着碳纤维市场用量的极大增加，低成本碳纤维技术被普遍看好，碳纤维发展的未来目标是更多地应用于汽车上。而木质素是可再生资源，以木质素为原料制造低成本的碳纤维是今后碳纤维的发展趋势。1.木质素19世纪30年代，法国农学家Rpayen从木材中分离出了纤维素(Cellulose)o同时还发现一种含碳量更高的化合物，他把它命名为“thetruewoodymaterial”(真正的木质材料)。后来他仔细分离

2、出了这种化合物，并称之为lignin,中文译为木质素。木质素与纤维素(Cellulose)和半纤维素(Hemieellulose)是构成植物骨架的主要成分，地球上木质素的总量仅次于纤维素。全球所有的植物一年生成的木质素总量约有1500亿吨，我国仅农作物秸秆一年就能产生大约5〜6亿吨木质素。1.1木质素的结构木质素的结构复杂，目前认为其结构单元主体为苯丙烷结构，它的单体主要有三种：愈疮木酚基、紫丁香基以及对-瓮基苯基丙烷结构单元[21o从生物合成的过程研究得知，这三种基本结构单元首先都是由葡萄糖发生芳环化反应而形

3、成莽草酸，然后由莽草酸合成上述三种木质素的基本结构，结构主体之间的联结方式,主要是瞇键和碳键。木质素碳纤维制备研究木质素是地球上总量仅次于纤维素的第二类芳香族高分子材料，目前主要作为工业造纸的副产物，随废水排放。随着碳纤维市场用量的极大增加，低成本碳纤维技术被普遍看好，碳纤维发展的未来目标是更多地应用于汽车上。而木质素是可再生资源，以木质素为原料制造低成本的碳纤维是今后碳纤维的发展趋势。1.木质素19世纪30年代，法国农学家Rpayen从木材中分离出了纤维素(Cellulose)o同时还发现一种含碳量更高的化合

4、物，他把它命名为“thetruewoodymaterial”(真正的木质材料)。后来他仔细分离出了这种化合物，并称之为lignin,中文译为木质素。木质素与纤维素(Cellulose)和半纤维素(Hemieellulose)是构成植物骨架的主要成分，地球上木质素的总量仅次于纤维素。全球所有的植物一年生成的木质素总量约有1500亿吨，我国仅农作物秸秆一年就能产生大约5〜6亿吨木质素。1.1木质素的结构木质素的结构复杂，目前认为其结构单元主体为苯丙烷结构，它的单体主要有三种：愈疮木酚基、紫丁香基以及对-瓮基苯基丙烷

5、结构单元[21o从生物合成的过程研究得知，这三种基本结构单元首先都是由葡萄糖发生芳环化反应而形成莽草酸，然后由莽草酸合成上述三种木质素的基本结构，结构主体之间的联结方式,主要是瞇键和碳键。由于木质素分子是一个复杂的体型网络结构，分子中含有大量的官能团，因此化学活性极高，要准确的确定它的结构式十分困难，直到目前为止研究人员还没有找到确定天然木质素完整结构的方法，而只能通过木质素的一些分解产物进行推断。1.2木质素的物理性质木质素的一般物理性质主要从以下几个方面分析：（1）颜色：植物中未提取的木质素为白色或接近白色

6、，提取出来的木质素因提取方法不同呈现不同的颜色；（2）相对密度：大约在1.35-1.50之间；（3）光学性质：本身不具备光学活性；（4）溶解性：木质素是一种聚集体，结构中存在许多极性基团，尤其是较多的轻基，造成了很强的分子内和分子间的氢键，因而原本木质素是不溶于任何溶剂；（5）熔点：原本木质素是热塑性高分子物质，无固定的熔点。原本木质素的相对分子质量较高可以达到几百万以上，但分离的木质素相对由于在分离过程中破坏了它的一些链接键，使得木质素分解为小分子，分子量大大降低。1.3木质素的化学性质由于木质素分子中含有大

7、量的活性基团，因此可以发生各种类型的反应⑷，显色反应、氧化反应、还原反应、水解、酸解、光解、生物降解、酰化、磺化、烷基化、缩合等。木质素是一类难于生物降解的高分子聚芳基化合物，单位质量木质素的BOD值较低，如来源于烧碱法草浆黑液的木质素的BOD为0.10-0.11g/go但在一些特殊菌株作用下，木质素衍生物可被生物显著降解和吸收，从而从草浆中去除；另外，木质素降解酶和半纤维素酶对木质素也有一定的降解作用。2.木质素碳纤维碳纤维是一种以聚丙烯膳(PAN)、沥青、粘胶纤维等为原丝，经预氧化和碳化制得的含碳量90%以

8、上的高强、高模、耐高温的特种纤维。碳纤维结构近似石墨，具有较高的模量和强度，密度为钢的1/4,并且可以耐高温、耐化学腐蚀、导电性好。碳纤维除用于高温绝热材料及消除静电刷子外，主要用作复合材料中的增强材料。目前碳纤维除了在传统的航空航天以及体育娱乐产品中应用外，还在土木建筑、交通运输这两个新领域得到了大量的应用。除了沥青，人造丝，聚丙烯膳之外，许多聚合物材料也被用来制备碳纤维。但是，只有