木质素的物理和化学性质
不同制浆工艺和提取方法获得的木质素主要物理和化学性质包括以下方面:
1、木质素的颜色
原本木质素是一种白色或接近无色的物质.我们见到的木质素的颜色,是在分离、制备过程中造成的。随着分离、制备方法的不同,呈现出深浅不同的颜色。
酸木质素、铜胺木质素、过碘酸盐木质素的颜色较深,在浅黄褐色到深褐色之间,出Brayns分离的并以其名字命名的云杉木质素是浅奶油色。
2、木质素的分子量分布
通常的高分子化合物,相对分子质量一般是几十万、几百万,甚至上千万,木质素虽然也是高分子化合物,但分离木质紊的相对分子质量要低得多,一般是几干到几万,只有原本木质素才能达到几十万。相对分子质量的高低与分离方法有关。
高分子的一个重要特征是分子具有多分散性,即相对分子质量大小有一定范围。高聚物的分子量具有统计平均意义,采用不同的测试办法测得的结果不同。常常测定重均分子量和数均分子量,以重均分子量和数均分子量的比值表示分散性。
木质紊是天然高分子聚合物,其分子量也呈多分散性。针叶木磨木木质素的重均分子量为2000,阔叶木磨木木质素的稍低;用硫酸从黑
液中沉淀出的木树木质素分子量在330—63000之间,其中65%—80%的木质素分子量在500—50000之间。草浆木质素的分子量也呈现出多分散性,其分散系数一般大于2. 3、木质素的溶解性
高聚物的溶解过程实质上是溶剂分子进入高聚物中,克服大分子的作用力,达到大分子和溶剂分子相互混合的过程。同低分子物质相比较,高聚物的溶解过程一般有二个阶段—溶胀和溶解,整个溶解过程比较复杂和缓慢。
木质素是一种聚集体,结构中存在许多极性基团,尤其是较多的羟基,木质素具有很强的分子内能和分子间的氢键,因此原本木质素是不溶于任何溶剂的。分离木质素时,因为发生了缩合成降解,许多物理性质改变了,溶解度也阻之改变。
碱木质素在酸性及中性介质下不溶于水,但是洛于具有氢键构成能力强的溶剂,如在NaoH水溶液中(其pH值在10.5以上)、二氧六环、丙酮、甲基溶纤剂和吡啶等溶剂中;磺酸盐木质素可溶于各种PH值的水溶液中.而不涪于有机溶剂中。 4、木质素的玻璃态转化温度
除酸木质素和铜胺木质素外,原本木质素和大多数分离木质素为一种热塑性高分子物质,无确定的熔点,具有玻璃态转化温度。这种玻璃态转化温度与植物种类、分离方法、相对分子质员有关,同时,其湿态和干态也有很大差别。 5、木质素的化学反应性
木质素分子巾含省甲氧基(一OCH3)、醚键(一O一)、按基(一COOH)、碳碳双键、苯甲醇羟基(PH—CH20H)、酚羟基(PH一OH)、碳基(C=O)和苯环等。对木质素的反应性能起着重要作用的官能团主要有酚聚基、苯甲醉经基、按基以及碳基,其结构表明可以进一步发生烷基化、羟甲基化、酯化、酰化等反应。如通过甲基化发生初步亲核反应、引起醚链的断裂;通过磁化反攻,产生脱甲基反应作用,同时将其转化为水溶性产物;通过羰基紫外吸收性能发生光化学变色;通过活化酚羟基的邻位和对位可以发生亲电子反应。
6、木质素的胶体化学性
木质素在碱法制浆黑液中呈胶体状态,在PH值不小于10时,具有较强的亲水性。在碱性水溶液中,无定型的木质素分子形成靠被性基团相互作用结合在一起的聚集体,其憎水性基团也内部,亲水性基团构成聚集体的外表面。随着酸的加入,溶液的PH位降低,H+与木质素肢体上的负电荷基团发生亲电反应,木质素分子间缩合、凝聚,形成沉淀析出。
7、木质素的生物可降解性
木质索原本是一类难于生物降解的高分子聚芳基化合物,单位质星木质素的BOD值较低,如来源于烧碱法革浆黑液的木质素的BOD为0.10—0.11g/g木质素.但在一些特殊菌株作用下,木质素衍生物可被生物品著降解和吸收,从而从草浆中去除;另外,木质索降解酶和半纤维素酶对木质素也有一定购降解作用。
(1)乙醇、丙酮、乙酸乙酯、氨水等溶剂都表现出对木质素、纤维素高效的分离作用.在20﹪~80﹪的浓度范围内,随着溶剂浓度的增高都表现了良好的木质素、纤维素高效分离趋势,一般在60﹪~80﹪之间为适宜条件.液固比在4:1~10:1范围内,随着液固比增加,表现出良好的木质素、纤维素分离趋势,一般在6:1~10:1之间为适宜条件.不同溶剂对木质素、纤维素分离效果相对比较,丙酮、氨水复合溶剂>乙醇>乙酸乙酯>丙酮>氨水.
(2)催化剂种类、用量以及提取温度和保温时间也对木质素、纤维素高效分离具有较大影响.一般以无机酸为催化剂,用量5﹪~7﹪,提取温度控制在150~160℃,时间3~4h表现出良好的木质素、纤维素分离效果.
(3)不同溶剂种类、浓度、液固化、催化剂等反应条件通过单因素试验,结果表明:80﹪乙醇,6﹪酸,20g催化剂,液固比10:1,100℃左右保温3.5h;40﹪乙酸乙酯,4﹪酸,30g催化剂,液固比6:1,100℃左右保温3.5h;40﹪丙酮,4﹪酸,20g催化剂,液固比8:1,100℃左右保温3.5h;丙酮浓度80﹪的丙酮氨水复合溶剂,10g催化剂,液固比8:1,100℃左右保温3.5h等处理因素组合对木质素、纤维素具有显著的高效分离作用.
(4)应用工艺试验(有效反应溶剂15L)结果表明:80﹪乙酸乙酯,液固比8:1,155℃保温3h;丙酮浓度为20﹪的丙酮、氨水复合溶剂,20g催化剂,液固比8:1,155℃保温2h;25﹪氨水,液固比10:1,170℃保温3h等处理因素组合对木质素、纤维素具有显著的高效分离效果. (5)经紫外光谱和红外光谱分析研究,证实了竹木质素仍是由苯及其衍生物所构成.
(6)以工业碱法、亚氨法木质素为对照,经凝胶色谱法分析研究,该项目分离得到的高纯木质素纯度约为80﹪~95﹪,比对照提高1倍左右.分子量在6000~20000之间,比对照提高3~10倍.玻璃化温度在125℃~180℃,比对照提高80℃~120℃.该项目提取分离的木质素纯度高、分子量大、热塑性好,热成型产品强度高,可以广泛的应用于化工、地膜、机电、建筑材料、包装和环保等生产加工领域.该项目技术的研究实施将带动造纸、化工、化肥、农膜、机电、材料、包装和环保等产业方面的发展,有利于实现生态效益、社会效益和经济效益三者的统一,对经济和社会可持续发展有着重要的应用前景和意义.
木素测定
常用的有72%硫酸Tappi标准法和80%硫酸法(更适合非木材原料)
1.1g(精确到0.0001g)式样,用定性滤纸包好,用线扎主,用索氏抽提器,苯醇混合液(2:1)抽提6小时,同时另取一份测定水份。将式样取出风干,用洁净毛笔仔细将抽提风干后式样刷入250ml磨口锥形瓶重,加入12~15度的72%硫酸15ml,摇荡1min,将锥形瓶放入18~20度的恒温水浴锅中,2~2.5小时,随时摇动锥形瓶。
2.将锥形瓶中式样完全移入1000ml锥形瓶中,加水量(包括漂洗小锥形瓶的水)总体积为560ml。回流冷凝,煮沸4小时。用恒重G3玻沙漏斗滤出式样,热水多次洗滤。在105+-3度烘干至恒重。 若是非木材原料需减去原料中的灰份量。