全 文 ：第 31卷　第 2期
2010年 4月
内 蒙 古 农 业 大 学 学 报
JournalofInnerMongolia AgriculturalUniversity
Vol.31　No.2
Apr.2010
沙柳木粉苯酚 、乙二醇液化产物的结构分析＊
杨爱荣 , 　黄金田＊
(内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院 ,呼和浩特　010018)
摘要:　为了确定沙柳液化产物的组成成分及其化学结构 , 为其进一步利用提供理论依据。本文采用红外光谱分析
方法测定了在一定量(37%的)硫酸作催化剂 , 温度为 150℃,液比为 4,反应时间为 2h的条件下 , 分别用苯酚 、乙二醇
对沙柳木粉进行液化的产物结构。结果表明:液化产物结构复杂 , 主要含有苯基 、羟基 、羧基 、甲基 、醚类 、酚类以及芳
烃取代物等。两种液化剂下其液化产物的构成无太大区别 , 各自含有的主要官能团大致相同。苯酚液化产物比乙
二醇液化产物更为复杂 ,酚类液化效果较醇类液化效果好 , 残渣率低 , 酚类液化产物相对比醇类液化产物反应活性
好。
关键词:　沙柳;　液化产物;　红外光谱
中图分类号:　S781.4　　　文献标识码:　A　　　文章编号:1009-3575(2010)02-0236-05
THEPRODUCTSTRUCTUREOFSALIXWOODPOWDERPHENOL, ETHYENEGLYCOLLIQUEFACTION
YANGAi-rong, 　HUANGJin-tian＊
(InnerMongoliaAgriculturalUniversitymaterialscienceandartdesigntheacademy, Hohhot　010018)
Abstract:　InordertodeterminethechemistrystructureoftheproductofSalixliquefactionandanalyzesitscomponent, toprovide
theoreticalbasisforitsfurtheruse.FTIRanalysiswascariedoutontheproductsderivedfromSalixpsammophilaliquefactionwith
HydroxybenzeneandGlycolundertheconditionof37% vitriolactivator, thetemperaturefor150℃, thefluidratiois4, thereaction
timeis2h.Theresultsshowthatliquefactionproductswerecomlexmixturewhichmainlycontainphenyl, hydroxide, carbonyl, methox-
yl, aether, aromaticandaromasubstitute.Therewasnodiferentiabetweenliquefactionproductswiththistwoliquefacient, themain
functionalgroupisapproximatelysame.Thephenolliqueficationproductismorecomplexthantheglycolliqueficationproductandthe
phenolliqueficationefectisbeterthanthealcoholtypeliqueficationefect, Itsresidualratetobelow, Aromaticliquefactionproducts
hadmorereactioncharacteristicsthanalcoholic
Keywords:　Salixpsammophila;　Liquefaetionproducts;　FTIR
　　随着材料科学的不断发展 ,诸如核磁共振波谱
法 、红外吸收光谱及色谱法等现代仪器分析方法正
大量的用于研究材料的化学和物理结构。傅里叶转
换红外吸收光谱分析方法是目前常用的材料结构分
析方法 ,该方法也被广泛用于木材的化学结构分析。
Yamada(Yamadaetal, 1996)[ 1]等人曾经采用 FTIR
分析方法对水存在条件下 ,棉纤维素苯酚直接液化
产物进行过 FTIR的分析 ,以确定液化反应过程中的
中间体化合物结构 ,并据此推测纤维素的液化机理。
Alma等人(Almaetal, 1995)[ 2]也曾采用 FTIR分析
方法 ,分析了盐酸催化剂存在条件下 ,桦木木材的液
化过程中 ,在不同的液化时间条件下 ,中间过程产物
的官能团的逐步形成的过程 。
木质材料液化产物因所采用的液化剂不同 ,产
物结构与用途各异 。木质材料苯酚液化过程中 ,会
生成一部分酚类物质 。这些酚类物质与酚化反应后
＊ 收稿日期:　2010-03-07基金项目:　内蒙古自然科学基金(200508010603, 200711020504);内蒙古科技计划项目作者简介:　杨爱荣(1984-),女 ,在读硕士研究生 ,主要从事先进复合材料的制备技术的研究.＊通讯作者:　E-mail:jintian h@163.com.
残留的苯酚一起都可用于制造改性酚醛树脂的原
料 。木材在乙二醇 、丙三醇 、PEG400等多元醇中液
化后因形成大量的多羟基化合物 ,主要用于制造聚
氨酯泡沫材料 、聚氨酯胶粘剂及涂料 [ 4] 。而至今未
见两种液化剂下沙柳液化产物结构的系统比较 。
本试验采用 FTIR分析方法分析比较了以硫酸
为催化剂存的条件下 ,两种液化剂(苯酚 、乙二醇)对
沙柳木粉液化前后光谱波形变化 ,目的是进一步确
定这些液化产物的化学性质 ,希望能在一定程度上 ,
分析出沙柳材液化产物的成分 ,并比较在液化过程
中 ,两种液化剂对液化产物的组成以及其反应活性
有无决定性的影响。
1　实验
1.1　试剂与原料
试剂:硫酸(质量份数 98%,试验用 37%稀硫酸
自配);苯酚 、乙二醇 、丙酮均为分析纯 。
沙柳(Salixpsammophila),采自内蒙古鄂尔多斯
新街治沙站。基本化学元素包括 C(50%)、 H
(6.4%)、O(42.6%)、N等 。沙柳枝去皮后粉碎 ,取
40目 -80目的木粉在 105℃下干燥至绝干 ,放入干
燥器中备用 。取适量的 40目左右的绝干木粉用于
FTIR分析 。
1.2　苯酚液化产物
分别将适量干燥沙柳木粉在液比(酚 /木)为 4、
催化剂用量为 7%、150℃下液化 2h得到液化产物 。
1.3　乙二醇液化产物
将适量干燥沙柳木粉在液比为 5、催化剂用量为
6 %、160 ℃下液化 2h得到液化产物。
1.4　FTIR测定
采用溴化钾压片法对未经液化的沙柳木粉试样
和经苯酚 、乙二醇液化后的液化产物试样分别使用
美国 Nicolet产 870型红外光谱仪进行测定 ,分析中
红外区(波数 4 000 -500)的变化[ 4] 。
2　结果与讨论
2.1　沙柳木粉及液化产物的红外光谱分析
2.1.1　苯酚液化沙柳 FTIR分析　图 1是沙柳木粉
苯酚液化前后的 FTIR波谱分析。从图中可以看出 ,
波谱的变化主要出现在以下几个范围内:在 3 350
cm-1处 ,波形变宽是由于残留苯酚以及液化产物中
存在大量的羟基 。在 2 970cm-1 ～ 3 045cm-1之间有
较弱的烯烃和链状烷烃的 C-H伸缩振动 ,这说明
有甲基和 C=C的存在。与未经液化的沙柳木粉的
波谱相比 ,液化后的产物在 1 000cm-1 ～ 1 698cm-1
范围内发生了明显的变化 ,吸收峰变得尖锐且所对
应的波数也大大增多 ,出现了明显的 C=O伸缩振
动 、芳香族物质的骨架振动 、酚类和醚类以及醇类的
C-O伸缩振动 、C-H弯曲振动 CH3、CH2不对称弯
曲振动 ,可见存在着苯基(1 598cm-1、1 507 cm-1)、
酚基(1 231 cm-1)、烃基(3 045 cm-1 、2 970 cm-1)、
甲基 、亚甲基 (1 474 cm-1)等基团 。同样在波数
500cm-1 ～ 1 000cm-1范围内也发生了很大的变化 ,
峰型变多也变得尖锐 ,出现了芳香族醚类 、苯的取代
物 、烯烃基 、芳基等复杂化合物 。此结果依据东北林
业大学李坚的《木材波谱学 》分析得出 [ 4] 。
1沙柳木粉　　　　2沙柳苯酚液化产物
图 1　沙柳苯酚液化前后的红外光谱分析
Fig.1 FT-IRspectraofSalixpsammophila
liquefactionwithphenol
1沙柳木粉　　　　2沙柳乙二醇液化产物
图 2　沙柳乙二醇液化前后的红外光谱分析
Fig.2 FT-IRspectraofSalixpsammophila
liquefactionwithglycol
237第 2期　　　　　　　　　　　　　杨爱荣等:　沙柳木粉苯酚 、乙二醇液化产物的结构分析
2.1.2　沙柳乙二醇液化前后的 FT-IR分析　从沙
柳木粉原料与乙二醇液化产物红外图谱对比中可以
看出(图 2),沙柳木粉乙二醇液化后 ,谱图上的主要
变化集中在 2 000cm-1 ～ 1 000cm-1这一波数段 ,即
主要为醚键 、芳核 、羰基等结构的变化 。
1沙柳乙二醇液化产物　　　　2沙柳苯酚液化产物
图 3　沙柳苯酚 、乙二醇液化产物的 FTIR对比分析
Fig.3 FT-IRspectraofSalixpsammophila
liquefactionwithphenolandglycol
　　沙柳木粉红外图谱中 , 3 400 cm-1处吸收峰代表
羟基 ,这代表醇羟基中氢键的伸缩振动 ,说明沙柳木
粉是含有大量羟基的 。 3 127 cm-1处的吸收峰代表
为 Ph-H(苯环上 C-H)伸缩振动 。 1 060 cm-1处
的吸收峰代表烯烃基的面内弯曲振动 ,吸收强度较
弱 ,峰形较宽 。
沙柳液化产物红外图谱中 , 3 385 cm-1处的吸收
峰代表醇羟基中氢键的伸缩振动 ,峰型变宽吸收强
度变大是由于残留乙二醇以及醇液化产物中羟基数
量的增多。对照沙柳木粉原料红外图谱 , 2 944 cm-1
处的吸收峰代表 CH2伸缩振动 , 2 880 cm-1处的吸
收峰代表 C-H伸缩振动(苯环上的 C-H)消失 ,木
粉原料中的木质素发生了反应 。在 1 408 cm-1处峰
型变得尖锐代表 C-H(饱和碳 -氢键)面内弯曲振
动 。 1 252 cm-1 、1 213cm-1处出现新峰分别代表 O
-H面内弯曲振动 ,酚类 C-O伸缩振动。在液化产
物的图谱中相继出现了 1 085 cm-1、1 041 cm-1 、882
cm-1处的吸收峰 ,而且峰形比较尖锐。 1 085cm-1处
的吸收峰振动由酚类 C-O伸缩振动 , O-H面内弯
曲所贡献 。 1 085 cm-1处的吸收峰代表 C-O伸缩
振动 ,仲醇及脂肪族醚;1 041 cm-1处吸收峰代表芳
香族醚类;882 cm-1出的吸收峰振动代表 1, 2 , 4 -三
取代苯 。这说明经过液化反应后 ,苯基上发生了取
代反应 。这与邹献武 ,秦特夫 ,杨智等木材正辛醇液
化产物的红外光谱分析[ 5]结果是相类似的 。
2.1.3　沙柳苯酚 、乙二醇液化产物的 FT-IR对比
分析　从两种液化剂沙柳液化产物的红外图谱分析
比较结果可以看出 , 酚类液化产物组成较为复杂。
酚类液化后的沙柳木粉 FTIR曲线与乙二醇液化后
的木粉 FTIR曲线比较有较大变化 ,进而推知用苯酚
液化沙柳可能反应较充分 ,液化效果较好 ,这一点在
液化后残渣率的计算中得到了证实。
　　苯酚液化产物波谱在 500 ～ 1 698 cm-1范围内 ,
出现较多新峰 ,其中许多峰较沙柳乙二醇液化谱图变
得尖锐 ,说明结合酚的量较大。乙二醇液化产物图谱
在此段峰型较小 ,而且少于前者。液化过程中采用不
同液化剂得到的产物结构不同 ,可有不同用途。
为进一步明确沙柳液化产物的化学组分及其存
在的代表性基团 ,对液化产物进行吸收峰归属分析如
附表 。
　　从附表的数据分析比较看出 ,两种不同液化剂
的液化产物所含成分是有差别的 ,主要表现在 ,苯酚
的液化产物中在波长为 1 698.75 cm-1处有 C=O伸
缩振动吸收峰 ,在波长为 832.34 cm-1处有烯烃基 C
-H面外弯曲振动吸收峰。相比之下乙二醇液化产
物在这几处的谱峰表现不明显 ,而在波长为2 944.52
cm-1处乙二醇液化产物中有 CH2伸缩振动吸收峰 ,
分析为有亚甲基基团的存在 ,苯酚液化产物在此处
谱峰却不明显。
3　结论
3.1　沙柳木粉以稀硫酸为催化剂在苯酚 、乙二醇中
发生了降解反应 ,不饱和键的数量增加 ,同时苯环上
取代反应的发生使沙柳在液化后暴露出更多的官能
团 ,进而反应活性会增强 。以此可根据所含官能团
的不同来选择后续产物的利用途径。
3.2　在 2种液化剂作用下 ,沙柳木粉的苯酚液化产
物比乙二醇液化产物更为复杂 ,且酚类液化效果较
醇类液化效果好 ,但两种液化剂对液化产物构成无
太大影响 ,各自含有的主要官能团大致相同 。两种
液化产物主要含有苯基 、羟基 、甲基 、醚类 、酚类以及
芳烃取代物等。该结果与前人所研究的乔木材液化
产物成分类似。在液化产物利用中可用沙柳代替乔
木 ,节省资源。乙二醇液化产物羧基较多 。另外酚
类液化产物比醇类液化产物反应活性好 ,这是由于
液化后酚羟基极性比醇羟基强造成的 ,此结论在该
课题组的后续液化产物应用中得到了证实 。
238 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报　　　　 　　　　　　　　2010年
表 2　沙柳苯酚 、乙二醇液化产物 FTIR吸收峰归属分析
Tab.2 FT-IRabsorptionpeakascriptionofSalixpsammophilaliquefactionwithphenol, glycol
苯酚液化产物
(波数 cm-1)
乙二醇液化产物
(波数 cm-1) 吸收峰归属 存在基团
3 346.20 3 385.18 羟基 O-H伸缩振动 -OH
3 045.26 3 127.12 不饱和烃基的 C-H伸缩振动 -HC=CH-
2 944.52 CH2伸缩振动 -CH2
2 966.65
1 845.32
2 880.59
1 719.84
链状烷烃基 C-H伸缩振动
C=O伸缩振动木素中的共轭羰基
-CH3
-COO
1 698.35 C=O伸缩振动
1 598.84 1 648.22 芳香族骨架振动 , C=O伸缩振动 苯基
1 507.23 1 459.12 单核芳烃 C=C伸缩振动芳香族骨架振动 苯基
1 474.92 1 408.28 C-H弯曲振动 , CH3 、CH2不对称弯曲振动 甲基 、亚甲基
1 365.88 1 252.09 O-H面内弯曲振动 -OH
1 232.24 1 213.37 酚类 C-O伸缩振动 , O-H面内弯曲振动 酚基
1 171.45 1 085.38 醚类和醇类的 C-O伸缩振动 -C-O-C
1 026.14 1 041.94 芳香族醚
887.34 832.34 1, 2, 4三苯取代 C=CH-
882.34 烯烃基 C-H面外弯曲振动 邻对位取代的芳烃
814-692 832 芳烃 C-H面外弯曲振动
参　考　文　献:
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