木質素是地球上一種儲量十分豐富的可再生資源，產量大，再生速度快，可生物降解。合理開發和利用木質素，將其作為化工原料來代替日漸枯竭的石油資源，對人類社會的可持續發展具有十分重要的意義。堿木質素中含有大量酚羥基、醇羥基和羧基等多種基團，具有一定反應活性，可以代替有機化工原料應用于高分子材料合成領域。近年來，利用堿木質素改性制備高分子材料已引起了人們的興趣。
本課題首先對堿木質素進行降解提純以提高木質素的反應活性;并以愈創木酚作為模型化合物對木質素改性的可能性進行了實驗與理論研究;在此基礎上，對堿木質素進行了環氧后胺化改性;并將合成的胺化木質素應用于環氧樹脂的固化，對胺化木質素交聯后的環氧樹脂與未加入木質素的環氧樹脂性能進行了對比研究。其中，將堿木質素采用環氧-胺化兩步法改性并將其應用于固化環氧樹脂是本文的一大創新點，主要研究內容與結果如下:
一、堿木質素改性前的降解提純以及結構性質確定:采用FTIR、UV、GPC和TGA等手段對實驗所用堿木質素的結構和性質進行測試;使用鈣鎂復合固體堿降解堿木質素，并討論了降解條件對降解后堿木質素分子量的影響;采用析出沉淀法對降解后堿木質素進行精制提純。結果顯示，實驗用堿木質素分子結構中含有大量的羥基，醇羥基含量高于酚羥基的含量;經過降解和提純處理后的堿木質素純度有較大提高，總木質素含量由83.98%提高到97.04%，相對分子質量降低至1000以下，主要活性官能團總羥基、酚羥基和醇羥基由原來的6.88%、3.061%和3.819%轉變為9.62%，3.524%，6.096%，酚羥基含量提高;降解提純后的堿木質素仍然具有良好的熱降解穩定性。
二、木質素模型化合物的胺化改性:以愈創木酚作為木質素模型化合物，采用環氧-胺化兩步法制備了帶有活潑胺基的愈創木酚衍生物。通過FTIR、GC-MS以及NMR等手段對木質素模型化合物改性前后的分子結構進行測試，確定了目標產物的生成。對環氧、胺化反應機理的研究歸納以及模型化合物的成功改性表明，通過環氧-胺化兩步法在木質素分子中引入活潑胺基是可行的。
三、木質素胺化改性產物的合成:采用環氧-胺化兩步法制備了帶有活潑胺基的木質素衍生物，并探討了反應條件對結果的影響，這是本文創新點之一。在環氧化步驟中，綜合考慮產物的環氧值與轉化率，得出反應適宜條件為:木質素中的羥基與環氧氯丙烷物質的量比為1∶1.1，堿劑濃度12%，反應溫度50℃，反應時間8h。胺化反應適宜條件為:環氧木質素中的環氧基與二胺化合物物質的量比是1∶8，反應溫度80℃，反應時間4h。胺化木質素的胺基顯色反應為藍紫色，為正反應，說明胺化木質素中含有大量一級胺基;FTIR和XPS測試結果確定了胺化木質素的生成;木質素胺化前后的元素分析結果顯示，胺化木質素中引入了含量較高的氮元素;另外，熱重分析結果顯示，胺化木質素的最大降解速率發生在300℃以后，具有良好的熱降解穩定性。
四、胺化木質素固化雙酚A型環氧樹脂:將合成的胺化木質素作為固化劑固化雙酚A型環氧樹脂，也為本文創新之處。優化了固化工藝條件，分析了胺化木質素固化雙酚A型環氧樹脂的固化反應動力學，并且研究了胺化木質素的引入對不同粘度的兩類雙酚A型環氧樹脂熱性能、機械性能以及耐水性的影響。紅外光譜顯示，環氧樹脂的環氧峰隨固化反應時間的延長而降低并最終消失，證實了含有活潑胺基的胺化木質素可以與環氧基團發生反應;采用DSC非等溫法對胺化木質素固化環氧樹脂的固化動力學進行了研究，結果顯示胺化木質素固化雙酚A型環氧樹脂的反應為中溫固化的復雜反應，并選擇100℃，180min作為雙酚A型環氧樹脂的恒溫固化工藝條件。DMA測試了環氧樹脂的玻璃化溫度(Tg)和熱轉變溫度(Td)，TGA測試了材料的熱降解過程,結果都顯示胺化木質素的加入增強了環氧樹脂的耐熱穩定性;材料的機械強度隨剛性分子-胺化木質素的加入而逐漸增加;吸水性測試結果顯示，完全由W93固化的環氧樹脂E51在720h后的吸水率為1.561%(加入稀釋劑后的GCC135為1.973%)，而被含50%胺化木質素的混合固化劑固化的環氧樹脂E51則達到2.740%(加入稀釋劑后的GCC135為2.584%)，說明胺化木質素的加入使得環氧樹脂材料耐水性略有降低，但影響不大。
五、胺化木質素固化雙酚F型環氧樹脂:分析了將合成的胺化木質素作為雙酚F型環氧樹脂的固化劑使用的可能性，優化了工藝條件，探討了固化反應動力學，并且研究了胺化木質素的引入對環氧樹脂熱性能、機械性能以及耐水性的影響。FTIR結果顯示，由胺化木質素固化后的環氧樹脂在910cm-1處的環氧峰完全消失并且出現了C-N峰，證實了含有活潑胺基的胺化木質素可以與環氧基團發生反應;采用DSC非等溫法研究了胺化木質素固化雙酚F型環氧樹脂的固化動力學，選定90℃，90min作為雙酚F型環氧樹脂的恒溫固化工藝條件。在此工藝下形成的環氧樹脂，當胺化木質素含量少于60%時為均一透明的薄膜，SEM測試結果也顯示胺化木質素與環氧樹脂有良好的相容性。DMA測試環氧樹脂的玻璃化溫度(Tg)和熱轉變溫度(Td)，結果顯示當胺化木質素在混合固化劑中含量增加到50%時，雙酚F型環氧樹脂的玻璃化溫度上升了26℃，熱轉變溫度提高了20℃。TGA實驗結果顯示胺化木質素固化的環氧樹脂在300℃以前的質量損失僅為3.57%，而由W93固化的雙酚F型環氧樹脂則達到7.79%。拉伸強度測試結果表明，含50%胺化木質素的混合固化劑固化的雙酚F型環氧樹脂拉伸強度比未加木質素的環氧樹脂增加了65MPa;雙酚F型環氧樹脂的耐水性能受胺化木質素的影響不大，完全由W93固化的雙酚F型環氧樹脂在720h后的吸水率為0.996%，而由含50%胺化木質素的混合固化劑固化的為1.319%。
