随着地球上化石能源的枯竭及生态环境的恶化,可再生资源逐渐成为了研究热点。木质素是自然界第二丰富的可再生天然高分子聚合物,有关其资源化利用的研究近年来越来越受到关注。木质素磺酸盐主要来源于亚硫酸盐法制浆造纸废液,由于其来源于植物、绿色环保,且具有良好的高温稳定性,因此成为分散染料行业的特效分散剂。但是目前国内生产的木质素磺酸盐的原料来源复杂,有效含量较低,大都未经改性增效,用作染料分散剂普遍存在对纤维沾污严重、对染料还原较重、高温稳定性较差等缺点,因此大都被当作低端产品。碱木质素是碱法制浆黑液经过酸析提纯的产物,具有纯度高、量大价廉、化学活性高的特点,以其为原料进行化学改性制备高性能木质素基染料分散剂已经成为木质素资源化利用领域的一个研究热点。本论文首先研究了不同来源木质素磺酸盐的结构特征及用作染料分散剂的性能,发现木质素磺酸盐比磺化碱木质素具有更好的耐高温稳定性和对纤维的沾污性。其中,重均相对分子量(Mw)较大的杨木木钠具有良好的高温稳定性,Mw高、色度和酚羟基含量较低的马尾松木钠对纤维的沾污最轻。研究结果表明,木质素磺酸盐的分子量和磺酸基含量越高,提供的空间位阻和静电斥力作用越大,制备分散染料的高温稳定性越优。木质素磺酸盐颜色越深,酚羟基含量越高,对纤维的沾污越严重;磺酸基含量的增加有助于减轻木质素磺酸盐对纤维的沾污。以松木碱木质素(AL)为原料,通过高温磺甲基化改性制备高磺酸基含量的磺甲基化碱木质素(SAL),优化得到的反应工艺条件为:AL质量分数为25.0%,反应液p H为11.0,n(亚硫酸钠)∶n(甲醛)为3.5∶1,反应温度为180℃,反应时间为4 h。提纯优化产物的IR谱图表明,与原料AL相比,高温磺甲基化反应制备的SAL在1039 cm-1附近出现了磺酸基特征峰,说明经过改性成功地将磺酸基引入到了AL分子上。将SAL应用于分散蓝79的制备,对分散染料的性能研究结果表明,SAL磺酸基含量为1.2~1.4 mmol·g-1时综合性能较优。SAL磺酸基含量越高,其高温稳定性越好,高温后染料分散液的平均粒径最低为14.35μm,远小于商品染料分散剂UNA(86.13μm)。SAL还具有良好的助磨效果,球磨后染料颗粒粒径约0.6μm,与UNA和国泰相近。SAL的磺酸基含量越高,其对纤维的沾污率越低,但是高于商品染料分散剂UNA和国泰,需进一步优化改善。以SAL为原料,通过羧甲基化制备得到高羧基含量的羧甲基化木质素磺酸钠(CSAL),优化得到的改性工艺条件为:n(Na OH)∶n(Cl CH2COOH)为1.7∶1,反应温度为70℃,反应时间为1.5 h。提纯优化产物的IR谱图表明,与原料SAL相比,羧甲基化制备得到的CSAL在1727 cm-1处形成了一个羧基C=O伸缩振动峰,13C-NMR谱图表明在170.8 ppm处出现-COOH的碳化学位移峰,在69.5 ppm和65.7 ppm处出现羧甲基中亚甲基的碳化学位移峰,说明羧基被成功地接入到了SAL分子中。以三种磺酸基含量分别为0.55 mmol·g-1、0.90 mmol·g-1、1.32 mmol·g-1的SAL-L、SAL-M和SAL-H为原料,通过羧甲基化改性得到不同羧基含量的CSAL-L、CSAL-M和CSAL-H染料分散剂,产物的羧基含量范围约为1.00~1.70 mmol·g-1,将其应用于分散蓝79的制备,对染料性能研究结果表明,羧甲基化改性能明显改善木质素对纤维的沾污性,沾污率最大降低61.80%,最低的沾污率为7.02。添加CSAL的染料分散液中染料颗粒的平均粒径约为1μm,具有良好的助磨效果;CSAL-H具有良好的高温稳定性,高温后染料颗粒粒径最小低至34.87μm,同时,CSAL-H对应的上染后纤维的K/S值较高,具有较好的上染性能。羧甲基化能够降低木质素的酚羟基含量,从而降低了其对染料的还原率。用QCM-D法分别研究了不同磺酸基含量的SAL和不同羧基含量的CSAL-H在纤维和染料表面的吸附特性,结果表明,木质素的磺酸基和羧基含量增加,其与带负电的纤维间的静电斥力增强,疏水作用和氢键作用减弱,导致其在纤维表面的吸附量降低,吸附层由致密变得疏松。木质素的磺酸基和羧基含量增加,其在染料表面的吸附量先增加后降低,吸附层的构象和致密程度差别不大。在p H=5时,羧基电离程度较低,其对木质素在纤维与染料表面的吸附特性的影响比磺酸基的小。本文通过对AL的磺甲基化和羧甲基化改性及其用作染料分散剂性能的研究,为AL资源进行高效、绿色利用和新型木质素染料分散剂的开发提供了技术路线和基础数据,制备得到的CSAL-H产品对纤维的沾污性得到了显著改善,同时具有良好的高温稳定性、助磨效果和对染料的还原性,有望替代日益减少的化石能源,对解决我国能源紧缺和环境污染问题具有现实意义,对我国的印染和木质素行业具有重要的意义。