木粉乙酰化改性研究开题报告

 2021-08-09 00:01:43

1. 研究目的与意义

农林废弃物作为可再生性资源,可替代化石资源用于化学品等工业生产中,但目前并没有得到充分利用。农林废弃物多为木质纤维类的原料,即由木质化的植物细胞构成的天然有机纤维原料的总称,其主要成分是纤维素、半纤维素和木质素三种天然有机高分子化合物,以秸秆、木材、稻草等形式广泛存在于自然界中。为重要的可再生资源,农林废弃物不仅廉价且储量丰富。因此,农林废弃物的资源化研究受到了关注,本课题的研究意义为制备无污染,可生物降解的乙酰化材料,乙酰化木粉比原料木粉更加松散、材料的粒度减小,酯化木粉的这些特性增强了木粉与其它合成高分子聚合物的相容性,提高了其可加工性。

2. 国内外研究现状分析

根据联合国环境规划署(unep)统计,世界上种植的各种农作物每年产生的秸秆多达17亿吨,而我国是个农业大国,仅农作物秸秆、皮壳一项年产量约为7亿吨,可作为能源的资源量为2.8-3.5亿吨,此外每年还产生2亿多吨林地废弃物,由此可见木质纤维原料的产量巨大。

然而由于多方面原因,人们对其利用一直处于较原始的利用状态,例如秸秆资源的一个重要工业应用是制浆造纸,但该过程只利用了原料中的纤维素与半纤维素,而木质素则随着制浆的过程被分离变成黑液后排放,这样不但造成了浪费而且污染环境。国内外研究较多也相对较成熟的是将木材或秸秆粉碎后的植物纤维与塑料复合成木塑材料(wpc),但是这种材料仍是以塑料为主体,植物纤维只是作为一种填充材料,因此不能最高效率的利用植物纤维。目前,对木质纤维原料中三大素(纤维素、木质素、半纤维素)的综合利用还没有真正实现。

目前,对植物纤维研究较多的是对作为其主要成分的纤维素的研究,近年来取得比较大地成就主要在定点选择取代和新型纤维素溶剂,而纤维素在经过化学改性后制备功能材料和结构材料是其应用领域的热点。与合成高分子的功能材料相比,纤维素功能材料具有的环境协调性和生物可降解性使其成为目前材料研究中最为活跃的领域之一,如将纤维素制成吸附材料,吸附水分、污水中重金属离子等,成本低廉可替代活性碳;纤维素还可以制成隔声材料,在国家大剧院的建设中运用的纤维素喷涂层就是很好的纤维素隔声材料。作为新型的结构材之一,以纤维素为原料制备的热塑性高分子材料的研究在目前的材料研究领域中十分活跃。纤维素结构中含有大量羟基形成分子间与分子内的氢键,而且其本身结晶度较高,因此不具有热塑性。通过破坏纤维素结构中的氢键,降低其结晶度,引入的新的官能团从而使其具备一定的热塑性。但是由于新引入的官能团较小,分子量没有明显变化,而且反应率较低使得改性纤维素热塑性不强,其热熔温度与分解温度之间只有较小的温度间隔,因此不能直接作为热塑性材料加以应用,可以通过与ps、pvc、abs等热塑性材料共混来增强其热塑性。

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:

(1)以木浆纤维素为原料,选择合适的工艺条件对其进行预处理,使其润胀,增加可及度。

(2)探索丙交酯水解的催化剂浓度、温度和时间。

(3)在非均相条件下,选择合适的催化剂、表面活性剂等,用乳酸改性预处理后的原料分别探索乳酸原位接枝纤维素和丙交酯开环接枝纤维素的最适合的反应工艺。

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4. 研究创新点

课题特色

利用木质纤维原料替代石油产品,制备热塑性材料,是当前材料研究领域的热点之一。这种新型的材料不仅具有环境友好性,而且由于木质纤维原料的产量巨大,使得其大规模推广成为可能。

由于天然植物纤维组分的非均一性,其反应体系、反应机理与结构性能之间的关系复杂,当前对化学改性的反应机理、热塑化机理、结构与性能的关系的基础理论尚缺少研究,从性能或成本方面与工业应用均有距离。因此,探寻合适的原材料、塑化方法、工业生产方法,将是未来的研究重点。

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