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木质素是自然界中第二大丰富的生物资源,是造纸工业产生的副产品,主要用作燃料。由于木质素的碳氢含量较高,可用于制作碳纤维的原料。本论文以硫酸作催化剂、苯酚作溶剂,在不同的反应条件下对碱木质素进行液化。采用差示扫描量热仪(DSC)和红外光谱(FTIR)考察了催化剂用量、液化温度和液化木质素(LL)的影响。结果表明,当硫酸体积分数为50%,反应温度为130oC,反应时间为1.5 h时,木质素的熔点为135 oC。 此外,分别以双酚A和天然腰果酚为酚源,苯胺和二氨基二苯甲烷为胺源,在多聚甲醛存在下,合成了两种双酚A型苯并噁嗪(BA-BZ)和腰果酚型苯并噁嗪(CNSL-BZ),利用1H NMR和FTIR对产物结构进行了表征。以液化木质素与苯并噁嗪和环氧树脂进行共混,制备了聚合物合金,并采用FTIR和DSC,研究了共混产物的固化行为。结果表明,当双酚A基苯并噁嗪加入0~10%的LL,腰果酚基苯并噁嗪加入0~20%的LL时,共混树脂的呈现良好的加工性能和较低的固化温度,其原因在于木质素中存在丰富的酚羟基,能够催化噁嗪环在低温下开环。 采用FTIR、热重分析仪(TGA)和动态热机械分析仪(DMA),研究了固化的共混树脂的性能。FTIR结果表明,聚合物中存在大量的氢键,其来源于苯并噁嗪开环产生的酚羟基、液化木质素中的酚羟基和环氧基开环产生的羟基。TGA测试结果表明,液化木质素的加入,使得聚合物的初始热分解温度和残碳率大大提高,这种热性质的提高主要归因于木质素中存在大量的取代和未取代的酚羟基,有利于提高聚合物的热稳定性,此外,氢键的存在使得聚合物的包装更加致密。DMA结果表明,LL引入到聚苯并噁嗪以及聚苯并噁嗪-环氧共聚合金中,使得分子链的刚性和玻璃化转变温度(Tg)提高,这种热机械性能的改善归因于LL改性剂的引入,增加了羟基的数量,从而促进聚合物网络更加致密,进而限制了分子的热运动。此外,随着LL添加量的提高,tanδ曲线的变宽,也证实共混物的耐温行为。 固化温度和固化时间对苯并噁嗪-环氧树脂-LL三元共混体系的热机械性能和热性能产生影响。随着固化温度的升高,聚合物的热性能和热机械性能显著提高,而长时间高温固化,则引起分解反应的发生,导致聚合物性能的下降。