以木质素为原料的新型阳离子沥青乳化剂的合成文献综述

 2022-12-06 16:26:24

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

现今主要应用的沥青乳化剂多是石油精细化工的产品,在化石能源枯竭,国际油价的高企的今天,生产这些沥青乳化剂占用了宝贵的石油资源,业内都在期待着理想的替代品的出现,木质素沥青乳化剂的出现填补了这一空白。木质素在自然界中的存量极其巨大,几乎所有的植物都含有木质素,更重要的是木质素可以再生,比起石化原料有着不可比拟的优势。

木质素在自然界中的存量极其巨大,几乎所有的植物都含有木质素,更重要的是木质素可以再生,比起石化原料有着不可比拟的优势。木质素和纤维素、半纤维素一起构成了植物的骨架,木质素在自然界的总质量仅次于纤维素,每年大约有1500亿吨木质素在自然界生成。目前全世界每年可以分离1.5~1.8亿吨的木质素,但是其中只有大约1%被作为化工原料予以利用,大部分被直接废弃。我国倡导环境友好型和资源节约型社会,所以如何节约能源和资源,如何改善施工条件,已引起广大筑路部门的重视。

可以预料,随着科学技术的进步和科学实验的不断深入,阳离子乳化沥青在国民经济各部门的应用必将日益扩大,其发展前景将十分广阔。近几十年来,阳离子乳化沥青发展速度很快,多次实践证明其铺筑路面有以下四大优点:节约能源,提高工效;延长施工季节;提高路面服务质量;改善施工条件,减少环境污染。 在长期的筑路实践中,人们越来越深刻认识到:发展应用阳离子乳化沥青铺筑路面,是达到节约能源和资源,改善施工条件要求的可取途径,在我国公路建设事业的需求量随之日益增加。目前我国生产的沥青乳化剂具有品种单一、价格昂贵等缺点,本次实验主要研究一种乳化性能良好、价格便宜的以木质素为原料的新型阳离子沥青乳化剂。在氢氧化钠溶液中,将木质素与脂肪胺反应后,再与环氧丙基三甲基氯化铵反应,合成一种木质素季铵盐类沥青乳化剂。合成工艺简单,工艺条件容易实现,符合国家的环保政策。

木质素是以苯丙烷为骨架的一种天然芳香族高分子聚合物,在不同植物纤维原料中,木质素的结构不同。即使同一原料不同部位,木质素的结构也不相同。因此,木质素分子结构复杂,再加上在化学上还具有极不稳定性。即便在较温和的条件下,也会发生缩合作用。目前, 通过研究得到木质素的主体结构单元是苯丙烷, 主要由三种结构单元组成,分别是愈创木基丙烷单元、紫丁香基丙烷单元、对羟基苯丙烷单元。它的结构式如下:

愈创木基丙烷单元 紫丁香基丙烷单元 对羟基苯丙烷单元

碱法造纸制浆过程中大分子木质素发生部分水解断裂成分子量相对低一些的碱木质素。这些水解产物的分子中含有游离的酚羟基、醛基、酮基、羟基,与氨及其衍生物反应生成的木质素胺是一类重要的应用广泛的改性木质素。木质素胺在酸性条件下形成胺盐,所以木质素胺又称作阳离子木质素

鲍甫成、江泽慧等人对中国常见木材中木质素的含量做了深入的研究,这对我们将来因地制宜生产、使用木质素具有重大的意义。[4]木质素的生物合成是一个极其复杂的过程,现代分子生物学的研究表明,它的合成过程受到基因的严格控制,不同植物种类间不同的木质素含量有着深刻的遗传背景,今后人类可以使用生物工程的手段,提高木质素的产量和使用效率。[5]

80年代中期我国首次研制成功木质素胺类沥青乳化剂,因使用的原料是由造纸废液中提取的木质素,价格低廉。国内大多采用碱木质素作为乳化剂的原料,曹亚峰等人以三乙胺、二甲基烷基叔胺与环氧氯丙烷反应制得环氧丙基三烷基氯化铵,再以该中间体与造纸废液中的木质素反应,制得了木质素季铵盐[1]

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