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Changes in Calcium Lignosulfonate from Eucalyptus Influenced by Initiators in Graft Copolymerization

桉木质素磺酸钙与接枝共聚引发剂反应导致的结构变化


为阐明引发剂(H2O2-FeCl2,K2S2O8与H2O2-CaCl2)在桉木质素磺酸钙(HLS-Ca)接枝共聚中的作用,采用差示化紫外、FTIR、UV和特性黏度分析等方法研究上述引发剂对HLS-Ca结构的影响。结果表明: HLS-Ca会与接枝反应体系中的引发剂发生相互作用从而改变HLS-Ca的结构与反应活性。在本文研究条件下,HLS-Ca经Fenton(H2O2-FeCl2)和K2S2O8引发剂处理后苯环结构保持稳定; 酚羟基(Ph-OH)含量降低,但其未被氧化为类醌型结构; 芳基醚键含量增加、黏均分子质量增加。H2O2-CaCl2处理HLS-Ca后,HLS-Ca中Ph-OH含量降低,部分Ph-OH被氧化为羰基; HLS-Ca的苯环结构受到破坏,黏均分子质量降低。

The grafting method is widely adopted for developing lignin-based polymer materials with high properties. Aimed at studying various initiators (Fenton, K2S2O8, H2O2-CaCl2) effects on calcium lignosulfonate from eucalyptus (HLS-Ca) in graft copolymerization, HLS-Ca was treated by the above initiators, respectively. Changes in the functional composition of HLS-Ca were investigated by using Difference UV, FTIR, UV spectroscopy and intrinsic viscosity ([η]) methods. The results show that the changes in the structure and reactivity of HLS-Ca were observed due to some certain reactions between it and initiators. Under our experimental conditions, the benzene ring stable against the oxidation of Fenton and K2S2O8 initiators; the content of phenolic hydroxyl (Ph-OH) group decreases under the incubation of Fenton and K2S2O8 initiators though it‘s not oxidized to the structure like quinone; the content of aryl-ether,[η] and viscosity-average molecular weight () increase. Under the treatment of H2O2-CaCl2 initiator, the content of Ph-OH group decreases dramatically and it could be transformed to carbonyl structure. The destruction of benzene ring results in the decrease in the [η] and for HLS-Ca.


全 文 :第 49 卷 第 7 期
2 0 1 3 年 7 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 49,No. 7
Jul.,2 0 1 3
doi:10.11707 / j.1001-7488.20130720
收稿日期: 2012 - 09 - 28; 修回日期: 2012 - 11 - 13。
基金项目: 四川大学高分子材料工程国家重点实验室自主研究课题(GFZ2008005)。
桉木质素磺酸钙与接枝共聚引发剂反应
导致的结构变化
甘玲玲 叶德展 李骑伶 张明华 张 熙
(四川大学 成都 610065)
摘 要: 为阐明引发剂(H2O2 -FeCl2,K2 S2 O8 与 H2O2 -CaCl2 )在桉木质素磺酸钙(HLS-Ca)接枝共聚中的作用,采
用差示化紫外、FTIR、UV 和特性黏度分析等方法研究上述引发剂对 HLS-Ca 结构的影响。结果表明: HLS-Ca 会与
接枝反应体系中的引发剂发生相互作用从而改变 HLS-Ca 的结构与反应活性。在本文研究条件下,HLS-Ca 经
Fenton(H2O2 -FeCl2 )和 K2 S2 O8 引发剂处理后苯环结构保持稳定; 酚羟基( Ph-OH)含量降低,但其未被氧化为类醌
型结构; 芳基醚键含量增加、黏均分子质量增加。H2O2 -CaCl2 处理 HLS-Ca 后,HLS-Ca 中 Ph-OH 含量降低,部分
Ph-OH 被氧化为羰基; HLS-Ca 的苯环结构受到破坏,黏均分子质量降低。
关键词: 引发剂; 桉木质素磺酸钙; 酚羟基; 苯环; 黏均分子质量
中图分类号: TQ351. 01 + 3 文献标识码: A 文章编号: 1001 - 7488(2013)07 - 0136 - 07
Changes in Calcium Lignosulfonate from Eucalyptus Influenced by Initiators in
Graft Copolymerization
Gan Lingling Ye Dezhan Li Qiling Zhang Minghua Zhang Xi
( Sichuan University Chengdu 610065)
Abstract: The grafting method is widely adopted for developing lignin-based polymer materials with high properties.
Aimed at studying various initiators ( Fenton,K2 S2O8,H2O2 -CaCl2 ) effects on calcium lignosulfonate from eucalyptus
(HLS-Ca) in graft copolymerization,HLS-Ca was treated by the above initiators,respectively. Changes in the functional
composition of HLS-Ca were investigated by using Difference UV,FTIR,UV spectroscopy and intrinsic viscosity ([η])
methods. The results show that the changes in the structure and reactivity of HLS-Ca were observed due to some certain
reactions between it and initiators. Under our experimental conditions,the benzene ring stable against the oxidation of
Fenton and K2 S2 O8 initiators; the content of phenolic hydroxyl (Ph-OH) group decreases under the incubation of Fenton
and K2 S2 O8 initiators though it’s not oxidized to the structure like quinone; the content of aryl-ether,[η] and viscosity-
average molecular weight (Wη) increase. Under the treatment of H2O2 -CaCl2 initiator,the content of Ph-OH group
decreases dramatically and it could be transformed to carbonyl structure. The destruction of benzene ring results in the
decrease in the[η] and Wη for HLS-Ca.
Key words: initiator; calcium lignosulfonate from eucalyptus; phenolic hydroxyl group; benzene ring; viscosity-average
molecular weight
木质素是一种具有三维网络芳香环结构的无定
型天然高分子,作为第二大天然高分子,其来源广
泛,普遍存在于木本、草本以及禾草类植物中。经制
浆造纸后,回收的工业木质素每年可达 5 000 万 t。
尽管产量巨大,但大多工业木质素被丢弃或燃烧掉
(Mai et al.,2000)。随着石油资源储藏量的不断减
少和对木质素结构研究的不断深入,工业木质素作
为一种可持续利用的资源逐渐引起了人们的关注。
木质素含有诸如酚羟基( Ph-OH)、醇羟基、羰
基、羧基等活性官能团(El Mansouri et al.,2001),可
与一些高价金属离子螯合,进而发生絮凝、沉淀作
用,在一定程度上实现水的净化处理(宋立,2010)。
但由于工业木质素平均相对分子质量较低、有效官
能团含量相对较少,限制了其在水处理等领域的应
第 7 期 甘玲玲等: 桉木质素磺酸钙与接枝共聚引发剂反应导致的结构变化
用效果。为进一步推广工业木质素的应用,需要对
其进行改性。接枝共聚方法作为一种常用改性方
法,广泛应用于天然高分子的改性中(Biswal et al.,
2004; Huang et al.,2009; Wu et al.,2000)。通过与
乙烯基单体自由基接枝共聚,工业木质素接枝后可
引入各种新的官能团,得到具有不同结构与性能的
产物,因此具有重要的应用价值。例如,木质素与丙
烯酸、丙烯酰胺等水溶性单体接枝改性后的产物可
作为水处理剂、分散剂、降黏剂等使用 ( Lin et al.,
2011; Meister et al.,1985b; 李风起等,2003); 与甲
基丙烯酸甲酯等接枝后的产物可作为木质素与聚烯
烃共混物的相容剂,提高共混物的相容性与力学性
能(Sailaja,2005)。
为扩大木质素的应用范围,获得预期结构与性能
的木质素接枝产物,有必要对接枝体系中的相关化学
反应与接枝机制进行深入研究。木质素结构非常复
杂,该领域的研究工作尚处于初步阶段。目前有关接
枝反应的研究主要集中在接枝位方面,一般认为接枝
点为 Ph-OH 官能团(Chen et al.,1986; Meister et al.,
1993; 薛菁雯等,1993)。木质素接枝共聚应遵循以
下 2 种原则: 引发剂不会导致木质素中 Ph-OH 官能
团含量显著降低; 木质素的苯丙烷结构在接枝过程
中保持稳定。然而,Mai 等(2002)在研究漆酶 -叔丁
基过氧化氢引发剂引发木质素磺酸钙(LS)接枝反应
过程中发现,该引发剂会导致 LS 中 Ph-OH 官能团含
量降低,部分被氧化为类琨型结构,导致 LS 反应活性
降低,接枝产物产率下降。因此为获得具有较高产率
和接枝效率的接枝产物,有必要深入研究化学引发剂
引发桉木质素磺酸钙(HLS-Ca)与水溶性单体接枝反
应过程中化学引发剂对 HLS-Ca 结构的影响。本文
报道几种常见引发剂 (H2O2-FeCl2、H2O2-CaCl2 与
K2S2O8)(Chen et al.,1986; Meister et al.,1985a)对
HLS-Ca 结构的影响。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
桉木质素磺酸钙 HLS-Ca(≥96% 纯,阿拉丁试
剂); 质量分数 30%双氧水溶液、四水氯化亚铁、氯
化钙、过硫酸钾(分析纯,成都科龙化学试剂厂)。
1. 2 引发剂与桉木质素磺酸钙的反应
准确称取 2 g HLS-Ca 和 20 g 溶剂并加入至三
颈瓶中搅拌溶解。将三颈瓶移至水浴锅中,通氮气
30 min 后升温至反应温度。加入定量的引发剂反应
一定时间,将产物在搅拌条件下缓慢滴加至沉淀剂
中沉淀。对于反应溶剂为 DMSO 的体系,沉淀剂为
无水乙醇; 对于反应溶剂为蒸馏水的体系,则采用
异丙醇沉淀。所得下层沉淀物于 85 ℃真空干燥至
质量恒定备用。各试样的反应条件见表 1。
表 1 不同引发剂氧化的桉木质素磺酸钙的反应条件和酚羟基含量
Tab. 1 The reaction conditions and content of phenolic hydroxyl groups for HLS-Ca oxidated by different initiators
Samplesa H2 O2 / g K2 S2 O8 / g FeCl2 / g CaCl2 / g T / ℃ t / h 溶剂 Solvent Ph-OH(w% )
HLS0 — — — — — 2 H2 O 1. 56
HLS1 0. 002 — 0. 002 9 — 40 2 H2 O 1. 6
HLS2 0. 01 — 0. 014 6 — 40 2 H2 O 1. 58
HLS3 0. 02 — 0. 029 2 — 40 2 H2 O 1. 54
HLS4 0. 04 — 0. 058 5 — 40 2 H2 O 1. 57
HLS5 0. 06 — 0. 087 7 40 2 H2 O 1. 47
HLS6 0. 06 — 2 40 2 H2 O 0. 83
HLS7 0. 33 — — 2 40 5 H2 O 0. 84
HLS8 0. 06 — — 2 40 5 DMSO 0. 91
HLS9 0. 33 — — 2 40 5 DMSO 0. 91
HLS10 0. 67 — — 2 40 5 DMSO 0. 95
HLS11 0. 99 — — 2 40 5 DMSO 0. 90
HLS12 1. 32 — — 2 40 5 DMSO 0. 89
HLS13 2. 64 — — 2 40 5 DMSO 0. 41
HLS14 0. 002 — — 70 2 H2 O 1. 49
HLS15 — 0. 01 — — 70 2 H2 O 1. 44
HLS16 — 0. 02 — — 70 2 H2 O 1. 36
HLS17 — 0. 04 — — 70 2 H2 O 1. 37
HLS18 — 0. 06 — — 70 2 H2 O 1. 42
HLS19 0. 06 50 2 H2 O 1. 48
HLS20 0. 06 60 2 H2 O 1. 47
HLS21 0. 06 80 2 H2 O 1. 48
HLS22 0. 06 90 2 H2 O 1. 47
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林 业 科 学 49 卷
1. 3 HLS-Ca 与引发剂反应前后的结构表征
1. 3. 1 HLS-Ca 中酚羟基(Ph-OH)官能团含量测定
采用差示化紫外分析(DUV)法测定 HLS-Ca 样品中
Ph-OH 官能团含量,测定波长为 290 nm,具体测试
与数据分析方法见参考文献(Wexler,1964)。
1. 3. 2 傅里叶变换红外(FTIR)分析 采用溴化钾
压片法在 Nicolet 560 FTIR 分析仪上进行红外谱图
分析。扫描次数 32 次,分辨率 4 cm - 1,扫描范围
4 000 ~ 400 cm - 1。按照参考文献 ( Dence et al.,
1992a)所述方法对红外谱图进行基线校正与归一
化处理。
1. 3. 3 紫外光谱(UV)分析 称取 0. 5 g 样品溶于
1 000 mL 醋酸水溶液( pH = 5)中。取 3 mL 上述溶
液,用醋酸水溶液(pH = 5)稀释 10 倍后作为待测试
液。以醋酸水溶液为参比液,在日本岛津 UV2100
分析仪上进行紫外谱图分析,扫描范围 190 ~ 400
nm(Dence et al.,1992b)。
1. 3. 4 黏均分子质量(Wη)测定 在温度为(25 ±
0. 1) ℃恒温水浴锅中,采用毛细管孔径为 0. 57 mm
的乌氏黏度计测定 HLS-Ca 及其不同引发剂处理后
的产物在 0. 1 mol·L - 1的 NaCl 水溶液中的特性黏度
[η](mL·g - 1 )。Wη 的具体计算方法见参考文献
(Braaten et al.,2003),其中 K = 0. 12,α = 0. 36。
2 结果与讨论
2. 1 接枝反应引发剂对 HLS-Ca 中酚羟基含量的
影响
HLS-Ca 中的 Ph-OH 官能团可作为接枝点参与
接枝反应(薛菁雯等,1993),因此,在木质素接枝反
应过程中,Ph-OH 官能团含量对接枝产物接枝率的
影响至关重要。常用做木质素接枝反应引发剂的
Fenton 试剂(H2O2-FeCl2)、K2S2O8 与 H2O2-CaCl2 对
Ph-OH 官能团含量的影响见表 1。当 Fenton 试剂中
H2O2 含量未超过 0. 04 g 时,HLS-Ca 中 Ph-OH 官能
团含量变化较小; 当其含量增加至 0. 06 g 时,Ph-
OH 官能团含量由 1. 56%降低至 1. 47%,下降较明
显。采用 K2S2O8 引发体系处理 HLS-Ca 时,Ph-OH
官能团含量随着 K2S2O8 引发剂含量的增加和反应
温度的升高而降低,但 Ph-OH 含量降低趋势不明
显。采用 H2O2-CaCl2 引发体系处理 HLS-Ca 时,随
着 H2O2 含量从 0. 06 g 增加至 2. 64 g 时,处理后
HLS-Ca 的 Ph-OH 含量与原料 (HLS0)相比显著降
低。H2O2-CaCl2 与 Fenton 体系对 HLS-Ca 中 Ph-OH
含量的影响程度差别较大: 当氧化剂 H2O2 含量相
同还原剂种类不同(HLS5 和 HLS6)时,使用 Fenton
和 H2O2-CaCl2 体系相应的 Ph-OH 官能团含量分别
为 1. 47%和 0. 83%。这表明 H2O2-CaCl2 对木质素
中 Ph-OH 含量的影响较 Fenton 体系的大,其原因可
能是 H2O2-CaCl2 体系中产生的活性氯的氧化性要
强于 Fenton 体系中产生的羟基自由基的氧化性。
当使用 H2O2-CaCl2 处理 HLS-Ca 时,以 H2O 为溶剂
时处理后的 HLS-Ca 中 Ph-OH 含量较以 DMSO 为溶
剂时低,这可能是因为 CaCl2 在 H2O 中的溶解性比
在 DMSO 中的好。上述结果表明,3 种引发剂引发
木质素与乙烯基单体接枝反应时,Ph-OH 官能团含
量的降低不仅是因为作为接枝点参与接枝反应,木
质素与引发剂的作用也会导致 Ph-OH 含量的降低。
2. 2 接枝反应引发剂对 HLS-Ca 结构及红外吸收
特性的影响
图 1 给出了经接枝反应引发剂处理前后的
HLS-Ca 红外(FTIR)图谱。未经接枝反应引发剂处
理的 HLS-Ca 谱图中 1 380 cm - 1为酚羟基的伸缩振
动峰(Dence et al.,1992a);1 328 cm - 1为紫丁香基
(S)的 C—O 伸缩振动峰; 1 037 cm - 1为 S 与愈创木
基(G)的 C—O 伸缩振动峰; 817 cm - 1为典型 G 型
结构单元吸收峰,而 G 型另一特征吸收峰 1 270
cm - 1并未出现; 对羟基苯丙烷(H)结构单元典型吸
收峰 1 162 cm - 1也未出现(Dence et al.,1992a)。上
述结果表明: HLS-Ca 中含有较多 S 型结构和较少
G 型结构,基本不含有 H 型结构单元。HLS-Ca 所
具有的较多 S 型结构单元的结构特征表明,该木质
素苯环上 C - 3 或 C - 5 位活泼氢数量较少。另外,
3 412 cm - 1为—OH 的伸缩振动峰; 2 939,2 839 与
1 459 cm - 1为甲基、亚甲基的 C—H 不对称伸缩振动
峰;芳香环的骨架振动特征峰为 1 513 与 1 604,
1 459 cm - 1,为芳环上 C—H 的非对称振动 ( El
Mansouri et al.,2007)。
由图 1 可见,在采用 Fenton 和 K2S2O8 引发剂
处理后的 HLS-Ca(HLS5 和 HLS18)红外谱图中出现
了 H 型结构单元特征吸收峰(肩峰),这可能是因为
引发剂分解所产生的活性自由基进攻苯环上的甲氧
基醚键,使其发生部分断裂,导致 H 型结构单元含
量相对增加所致。这一结果表明,采用 Fenton 和
K2S2O8 引发剂引发接枝共聚时,引发剂会改变
HLS-Ca 中 G /S /H 型结构单元的相对含量。HLS-Ca
中 G /S /H 结构单元的相对含量会带来相关化学反
应活性的改变,例如,在木质素与甲醛反应过程中,
若木质素中 H 型结构单元含量较多,苯环 C - 5 位
活泼氢的含量增加,反应活性提高 (Mancera et al.,
2011)。
831
第 7 期 甘玲玲等: 桉木质素磺酸钙与接枝共聚引发剂反应导致的结构变化
采用 Fenton 和 K2S2O8 引发剂处理前后的 HLS-
Ca 红外谱图中均未出现明显— C O 吸收峰(1 700
图 1 用不同引发剂处理的桉木质素磺酸钙在波长
4 000 ~ 400 cm - 1 ( a)和 2 000 ~ 400 cm - 1 (b)
范围内的红外光谱
Fig. 1 FTIR spectra for HLS treated by different initiators in the
range of 4 000 - 400 cm - 1 ( a) and 2 000 - 400 cm - 1 ( b)
详细反应条件见表 1。The details of reaction
conditions were recorded in the Tab. 1.
cm - 1)和醌型结构特征吸收峰(1 645 cm - 1 ) (Chen
et al.,1986),这表明在本试验条件下,苯丙烷脂肪
族侧链和 Ph-OH 官能团几乎不会被 Fenton 和
K2S2O8 引发剂所产生的自由基氧化为醌型结构,其
原因可能是 HLS-Ca 中含有较多的 S 型结构单元,
当 Fenton 和 K2S2O8 引发剂所产生的活性自由基夺
取 Ph-OH 氢产生苯氧自由基时,由于苯环 C - 3 或
C - 5 位上甲氧基的位阻效应,苯氧自由基几乎不会
自身共轭产生类琨型结构。接枝反应中若无醌型结
构的产生,则反应初期单体转化率较高,无阻聚现
象,有利于单体的接枝共聚(Chen et al.,1986)。在
前期研究 Fenton 试剂引发 HLS-Ca 与丙烯酸(AA)
接枝共聚时也发现,Fenton 试剂几乎不会导致 HLS-
Ca 类醌型结构的产生,HLS-Ca 有效地促进了初期
AA 单体的转化(Ye et al.,2012)。
由图 1 和图 2 结果可见,与处理前的木质素磺
酸钙(HLS0)相比,经 Fenton 和 K2S2O8 引发剂处理
后的 HLS-Ca (HLS5,HLS16,HLS18,HLS22) Ph-OH
官能团吸收峰的相对吸光度值下降,芳基醚键吸收
峰(1 116 cm - 1)的相对吸光度值增加。这可能是因
为苯氧自由基与其他木质素大分子自由基如苄基自
由基发生耦合终止导致 Ph-OH 官能团含量降低、芳
基醚键含量的增加,可能反应机制如图 3 所示。
图 2 用 Fenton 试剂和 K2 S2 O8 引发剂处理之前和
之后的桉木质素磺酸钙的芳醚键和酚羟基的含量
Fig. 2 The content of aryl-ether and Ph-OH groups for
HLS-Ca before and after being treated by Fenton and
K2 S2 O8 initiators
详细反应条件见表 1。The details of reaction conditions
were recorded in the Tab. 1.
图 3 Fenton 试剂和 K2 S2 O8引发
导致酚羟基含量改变的耦合机制
Fig. 3 A coupling mechanism suggested for the changes in the
content of phenolic hydroxyl groups under Fenton and
K2 S2 O8 initiators
由图 1 还可看出,采用 H2O2-CaCl2 引发剂处理
931
林 业 科 学 49 卷
HLS-Ca 的结果与采用 Fenton 和 K2S2O8 引发剂处理
的显著不同,H2O2-CaCl2 会导致 HLS-Ca 中 Ph-OH
官能团或苯环侧链被氧化为羰基、羧基等官能团。
这可能是因为在 H2O2-CaCl2 引发剂体系中,所产生
的活性氯氧化性较强所致。已有文献报道(Mancera
et al.,2010; Wójciak et al.,2010),在木质素漂白过
程中,活性氯会氧化苯环侧链和 Ph-OH 官能团,导
致其苯环结构被破坏、苯环开环等。
2. 3 接枝反应引发剂对 HLS-Ca 紫外吸收特性的
影响
HLS-Ca 经不同引发剂处理前后的紫外光谱图
(UV)见图 4。未处理的 HLS-Ca 在 190 ~ 400 nm 区
间存在 3 个吸收峰:275. 2 nm 处的最大吸收峰由芳
香环的 π→π * 跃迁引起,来源于非共轭酚羟基结构
(芳香环),此吸收峰表明 HLS-Ca 为典型的硬木质
素;230 nm 左右肩峰和 200 ~ 210 nm 左右的强吸收
峰分别为苯环的 E2 和 E1 带特征吸收峰 (Dence et
al.,1992b)。
从图 4 可见,经 Fenton 和 K2S2O8 引发剂处理
后的 HLS-Ca 苯环特征吸收峰强度无明显变化,经
H2O2-CaCl2 引发剂处理后的 HLS-Ca 苯环特征吸收
峰强度明显降低。这表明在 Fenton 和 K2S2O8 引发
HLS-Ca 接枝反应过程中,Fenton 和 K2S2O8 引发剂
不会破坏苯环结构,HLS-Ca 主体结构可保持稳定;
H2O2-CaCl2 会导致苯环结构破坏、苯环结构开环、
HLS-Ca 主体结构被破坏。与 Fenton 和 K2S2O8 引发
体系相比,H2O2-CaCl2 引发体系对 HLS-Ca 主体结
构影响较大。对比 HLS5 ( Fenton 体系 ) 和 HLS6
(H2O2-CaCl2 ) 体 系 可 知,即 使 H2O2 含 量 较 低
(H2O2 = 0. 06 g),H2O2-CaCl2 引发剂也会导致 HLS-
Ca 苯环结构被破坏,该结果可能因为 H2O2-CaCl2
引发体系中产生的强氧化性活性氯。
图 4 不同引发剂处理后的桉木质素磺酸钙的紫外光谱
Fig. 4 The UV spectrum for HLS-Ca after being treated by different initiators
详细反应条件见表 1。The details of reaction conditions were recorded in the Tab. 1.
2. 4 接枝反应引发剂对 HLS-Ca 黏均分子质量的
影响
表 2 给出了不同引发剂处理前后 HLS-Ca 的特
性黏度([η])与黏均分子质量(Wη)。未经处理的
HLS-Ca 初始 Wη 和[η]分别为 1 437 mol·g - 1,
1. 644 mL·g - 1。采用 Fenton 和 K2S2O8 引发剂处理
后,HLS-Ca 的 Wη 和[η]分别增加至 2 123 mol·
g - 1,2 903 mol·g - 1和 1. 892 mL·g - 1,1. 950 mL·
g - 1,该结果与杨东杰等 (2001)研究过硫酸铵和过
氧化氢氧化改性 HLS-Ca 的结果一致。在采用
Fenton 和 K2S2O8 引发剂引发 HLS-Ca 接枝反应过程
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第 7 期 甘玲玲等: 桉木质素磺酸钙与接枝共聚引发剂反应导致的结构变化
中,引发剂分解所产生的活性自由基夺取木质素大
分子上的活泼氢(如苄基氢和酚羟基氢)产生木质
素大分子自由基。在扩散作用下,木质素大分子自
由基之间发生耦合反应从而导致木质素的 Wη 和
[η]增加。该自由基耦合反应所导致的木质素中
Ph-OH 含量降低、芳基醚键含量增加的现象已由前
述 DUV 和 FTIR 结果证实。
从表 2 数据可见,HLS-Ca 在采用 H2O2-CaCl2
引发剂处理后的 Wη 和[η]显著下降,表现出与
Fenton 和 K2S2O8 完全不同的变化规律。这是
H2O2-CaCl2 引发体系所产生的活性氯氧化 HLS-Ca
的 Ph-OH 官能团被、破坏苯环主体结构致使木质素
发生降解的结果。上述 FTIR 和 UV 结果也证实了
H2O2-CaCl2 引发剂对 HLS-Ca 结构的破坏作用。
表 2 不同条件下的桉木质素磺酸钙的特性黏度和
黏均相对分子质量①
Tab. 2 The intrinsic viscosity and viscosity-average
molecular weight for HLS at different reaction conditions
Samples HLS0 HLS5 HLS16 HLS13
Wη / (mol·g - 1 ) 1 437 2 123 2 903 632
[η]/ (mL·g - 1 ) 1. 644 1. 892 1. 950 1. 223
①详细反应条件见表 1。The details of reaction conditions were
recorded in Tab. 1.
3 结论
在木质素磺酸钙(HLS-Ca)的接枝反应过程中,
HLS-Ca 会与接枝反应体系中的引发剂发生相互作
用从而改变 HLS-Ca 的结构与反应活性,其结果与
引发剂的种类和反应条件有关。在本文研究条件
下,HLS-Ca 经 Fenton (H2O2-FeCl2 )和 K2S2O8 引发
剂处理后苯环结构稳定; 酚羟基(Ph-OH)未被氧化
为羰基,但 Ph-OH 含量降低、芳基醚键含量增加、黏
均分子质量增加,即 Fenton 和 K2S2O8 引发剂分解
所产生的活性自由基夺取木质素大分子上的活泼氢
(如酚羟基氢)产生木质素大分子自由基,木质素大
分子自由基之间在扩散作用下发生耦合反应导致
Ph-OH 含量降低、芳基醚键含量增加、分子质量提
高。H2O2-CaCl2 引发剂处理 HLS-Ca 后,HLS-Ca 中
Ph-OH 含量降低,部分 Ph-OH 被氧化为羰基; HLS-
Ca 的苯环结构受到破坏,黏均分子质量降低。结果
表明 Fenton 和 K2S2O8 引发剂适合于引发 HLS-Ca
与水溶性乙烯基单体接枝共聚,而 H2O2-CaCl2 引发
剂并不适合于引发 HLS-Ca 的接枝共聚反应。
参 考 文 献
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(责任编辑 石红青)
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