木质素_无机物杂化粒子的合成及其在功能化涂层中的应用.pdf

摘要

木质素是一种天然的生物基高分子，主要来源于纸浆和造纸工业

的副产品—黑液。黑液中的木质素含有可回收的碱，造纸工业中一般

将其作为碱回收工艺中的燃料。随着人们对木质素的深入研究，其在

众多领域的应用受到生产与研究者的广泛关注。特别是由木质素制备

的木质素纳米颗粒在功能性表面涂层、纳米胶、药物递送和微流体装

置等方面具有潜在的用途。目前使用的防腐颜料例如磷酸锌类，由于

其粒径大、作用效果缓慢而使其应用受到了限制。木质素纳米粒子具

有优异的缓蚀和分散性可弥补传统颜料的不足。为此，本论文利用木

质素纳米粒子与磷酸锌形成一种有机/无机杂化的复合粒子，将其应

用于水性的环氧涂层中作为碳钢的防腐涂层。以期解决磷酸锌在防腐

涂层中的问题，提升木质素的资源化利用。论文从以下三个方面进行

了研究，具体内容如下：

（1）原料高糖麦草碱木质素经碱溶酸析的提纯过程后，灰分含

量为0.13%；通过EDS对提纯前后的木质素的元素分析结果得到：

提纯后的木质素除去了的S、Na、K和部分Si元素；并测得羧基、酚

羟基和醇羟基/羟值在木质素中的占比分别为10.6%、7.0%和9.8%。

（2）实验通过将溶解了木质素的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶

液缓慢滴加到快速搅拌的去离子水中来获得球形木质素纳米粒子。该

过程不需要对木质素进行化学改性，仅以水充当非溶剂，并利用木质

素具有的表面活性剂结构，疏水区域和亲水基通过自组装形成纳米颗

粒。本章研究了纳米颗粒分散体在温度，搅拌速度，木质素溶液的滴

加速度，盐浓度和pH影响下的粒径和稳定性变化。结果表明：木质

素溶液的滴加速度和温度对木质素纳米粒子形成的特性影响较小；搅

拌速度影响显著；木质素纳米粒子在低的pH值（2.83）或高盐浓度

(500mMNaCl水溶液)环境下诱导聚集，发生沉降，当pH趋于中性条

件下会有利于木质素纳米颗粒的形成，且平均粒径相对较小约为80

nm；有相同电荷的表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠）会协同木质素纳

米粒子的形成，而带有相反电荷的表面活性剂（十六烷基三甲基溴化

铵）会使颗粒的表面电荷发生反转，并且通过吸附阳离子表面活性剂

产生稳定的阳离子木质素纳米颗粒。

木质素纳米粒子对Q235碳钢的缓蚀的电化学测试结果表明：在

测试的木质素纳米粒子浓度范围内，随着木质素浓度的增加，其缓蚀

效果增强。

（3）以合成的木质素纳米粒子为模板，与磷酸锌复合形成木质

素/磷酸锌的复合纳米粒子（LPNs）。利用SPM、TEM对其形貌和粒

径进行测试，并在空气气氛中进行了TGA测试，结果表明：显微照

片下复合纳米粒子为球形和椭球型，粒径约在70-90nm间；在合成

的木质素/磷酸锌复合纳米材料中，磷酸锌占比为73.91%。通过电化

学工作站测试的复合纳米涂层的EIS和Tafel极化曲线后发现：在

LPNs的添加量为0.06wt%时，复合纳米涂层的防腐效果无论是在中

期还是后期都有良好的表现；添加量过多时，涂层的防腐效果在前期

虽不是很明显，但在后期对于钢板的腐蚀有很好的抑制作用。

关键词：木质素，纳米粒子，缓蚀剂，磷酸锌，防腐涂层

Abstract

Ligninisanaturalbio-basedpolymermainlyderivedfromtheblack

liquorofby-productsfrompulpandpaperindustry.Theblackliquor

containsrecyclablealkaliandlignin.Ligninisgenerallyusedasafuelin

thisrecyclingprocess.Withthein-depthstudyoflignin,itsapplicationin

morefieldsiswidelyconcernedbyproductionandresearchers.Especially

inthepotentialuseofligninnanoparticlesinfunctionalsurfacecoatings,