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⽊质素的化学改性⽅法及其在油⽥中的运⽤

⽊质素的化学改性⽅法及其在油⽥中的运⽤

⽊质素是⼀种⾼分⼦有机物，⼤量存在于⽊材、⽵、草等造纸原料中。在⾃然界中⽊质素的蕴藏量仅次于纤维素，是第⼆⼤天

然有机物。⼈类利⽤纤维素已有数千年的历史，⽽⽊质素⾄今没有被⼤量、⼴泛地利⽤。⼈们在利⽤纤维素的同时，产⽣了⼤

量的废弃⽊质素，不仅浪费资源，还严重污染环境。因此，⽆论从资源利⽤，还是从环境保护的⾓度，⽊质素的研究、开发和

利⽤都显得尤为重要。

⽊质素分⼦中缺乏强亲⽔性官能团，同时可发⽣反应的⾼活性位置不⾜，故其⽔溶性和化学反应性能不良，限制了回收⽊质素

的应⽤范围和实⽤价值。通过物理化学的改性⽅法，在⽊质素结构中引⼊⾼活性基团，优化⽊质素的结构性能，提⾼其产品的

应⽤价值，已经成为⽊质素利⽤研究关注的焦点。作者回顾了国内外⾼分⼦领域应⽤⽊质素的⼀些改性⽅法，介绍以⽊质素为

原料制备钻井液处理剂、油井⽔泥外加剂、采油⽤表⾯活性剂、调剖堵⽔剂以及⽔处理剂等油⽥化学品的研究进展。

1⽊质素的改性研究

⽊质素的结构⽐较复杂，⼀般公认⽊质素是由苯丙基(C9)单元通过C—O键或c—c键连接⽽成的交联⽹状的天然酚类⾼分⼦化

合物。因为⽊质素分⼦中具有芳⾹基、酚羟基、醇羟基、羰基、羧基等多种活性基团，兼具可再⽣、可⽣物降解以及⽆毒等优

点，所以被视为优良的绿⾊化⼯原料，其改性研究备受关注。⽊质素在化学上具有不稳定性，通过对⽊质素的化学改性研究

(磺化、硫化、氧化、接枝共聚、缩合、交联)可极⼤地提⾼⽊质素的应⽤性能，并能拓展其应⽤领域。

1．1磺化改性和硫化改性

⽬前，国内外磺化改性⽊质素的⼤多产品来源为改性亚硫酸盐法造纸制浆废液和碱法造纸制浆⿊液。与碱法造纸制浆⿊液的⽊

质素产物相⽐，亚硫酸盐法造纸制浆废液改性后的产品其⽔溶性、分散性、表⾯活性等较好，因此，对亚硫酸盐法造纸制浆废

液磺化改性是具有实⽤价值的⼀种⽅法。亚硫酸盐法造纸制浆废液的磺化改性，⼀般采⽤的是⾼温磺化法，即将⽊质素与Na

s0。在150～200下进⾏反应，使⽊质素侧链上引进磺酸基，得到⽔溶性好的产品。马涛等的磺化试验条件：Na2s04⽤量

1．0mmol／g～6．0mmol／g，NaOH与Na2SO3质量⽐为1：9，反应最⾼温度165，保温时间5h。Sokalova等提出在氧

化剂作⽤下，⽊质素的⾃由基磺化反应可在较低温度下进⾏。周勇等在反应中按摩尔⽐1：15加⼊NaS0，氧化剂FeC1，调

节pH9～12，95～98反应2h，制得⽊质素磺酸盐。

在合成⽊质素酚醛树脂反应过程中，⽊质素芳核上的甲氧基妨碍邻近C9链上的羟甲基发⽣缩聚反应。在⼀定条件下，利⽤硫

对⽊质素的去甲基化改性，在原甲氧基的位置引⼊酚醛基，以增加⽊质素的反应活性。利⽤硫化改性⽊质素取代60％的苯酚

可合成得到性能较好的⽊质素酚羟树脂。硫酸盐⽊质素硫化改性的适宜条件为硫质量分数为5％、碱质量分数为4％、260反

应15min，改性⽊质素的甲氧基质量分数由原来的18．81％降低为11．84％。

1．2稀硝酸氧化改性

稀硝酸改性的活性氧化⽊质素，能影响磷酸钙的溶解性，⽤其能制得螯合锌肥和氮化⽊质素缓释肥料。氧化改性的⼯艺条件为

硝酸质量分数4％，固液质量⽐1：10，在50恒温条件下振动反应2h，进⼀步冷却、过滤、⼲燥后得到红棕⾊固体。Zhang

等报道，采⽤氧化改性把⽊质素从⿊⾊造纸液中分离出来，并利⽤⽊质素溶解在⿊液中的胶状物质作为粘合剂代替尿素⼀甲醛

和苯酚甲醛型树脂。

1．3接枝改性

⽊质素接枝⾼分⼦聚合物在钻井液处理剂、混凝⼟减⽔剂等领域已得到应⽤。⽊质素接枝共聚合成的单体包括丙烯酰胺、甲基

丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯腈和苯⼄烯等，接枝合成多属于在⽔溶性引发剂作⽤下的⾃由基反应。在含有CaC1和微量铈盐的已

光解⼆嗯烷中实现了松⽊⽊质素与丙烯酰胺接枝共聚，其产物具有较好的吸附性，能⽤作钻井泥浆添加剂。草碱⽊质素以硝酸

铈盐为引发剂，在少量CaC1，的存在下与丙烯酰胺发⽣接枝共聚反应，⽤丙酮沉淀分离，烘⼲。接枝改性后⽊质素的吸附性

能⼤⼤提⾼，可以⽤作⽔处理剂。采⽤H202为引发剂，⽊质素磺酸盐与马来酸和丙烯酰胺进⾏三元共聚，其产品具有良好的

降黏性能和抗温性能，同时具有⼀定的抗盐抗钙性能。张致发等提出⼀种新的⽊质素磺酸盐与丙烯酸的电化学接枝反应⽅

法，这种⽅法的优点在于操作简便，不会带来环境污染。采⽤合适的单体进⾏组合与⽊质素进⾏接枝共聚，在⽊质素分⼦中引

⼈多个活性功