1. 研究目的与意义
研究目的:采用屏蔽羟基的方法使木质纤维原料加工成生物基塑料
意义:目前,使纤维素产生热塑性的方法是通过对其羟基进行化学改性(包括酯化、醚化、接枝),破坏纤维素结构中的氢键,使其具有了一定热塑性,但是由于引入的官能团较小,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。且成本较高,不宜工业化生产,而采用屏蔽的方法能有效避免这一问题。
2. 国内外研究现状分析
20世纪70年代末以来,研究者们就致力于将木质纤维材料转化为热塑性材料。Funakoshi等(1979)和Shiraishi等(1979a;1979b)报道了木材经酯化和醚化可以转变为热熔性材料,开辟了将木材化学改性转化为热塑性材料的木材科学研究新领域。随后,木质纤维材料的热塑性改性研究引起了研究者的广泛关注。例如,Matsuda等(1988a;1988b)采用二元羧酸酐酯化木材,然后与环氧树脂进行酯化齐聚得到热塑性木材。Hon等(1989a;1989b;1992)分别对木粉进行苄基化、氰乙基化和酯化改性,均得到热塑性材料。Rowell等(1992;1994)的研究只对木纤维或农作物纤维的基质木质素和半纤维素进行塑化改性,而保持起到增强作用的纤维素的完整性。余权英等(1994a;1994b;1998)研究了杉木的酯化、氰乙基化和苄基化改性,发现在酰化过程中采用三氟乙酸处理木材可得到较好的热塑性,而常规方法不能塑化木材。Hassan等(2000;2001)在非溶剂条件下利用琥珀酸酐将甘蔗渣转化为热塑性材料。Timar等(2000a;2000b)分2步对杨木锯末进行塑化改性:先用马来酸酐进行单酯化生成游离羧基,再与甲基丙烯酸环氧丙酯和马来酸酐交替发生齐聚酯化反应,得到的齐聚酯化木粉在80℃即开始软化,经热压成型制得了高强度板材。Lu等(2002;2003a;2003b)对剑麻(Agavesisalana)纤维的苄基化改性及其热成型进行了较系统的研究。Ohkoshi(1990;1991)、Ohkoshi等(1992)研究了木材的烯丙基化,发现木材的热塑性随烯丙基化程度增大而提高。
3. 研究的基本内容与计划
1)以扶桑枝条或是麦草为原料,选择行星式球磨,对原料进行预处理,以减小原料的粒径,增大比表面积。
2)寻找合适的无机盐试剂,使原料在捏合机中进行捏合,此过程中与试剂作用,屏蔽纤维素分子间以及分子内的氢键作用。
3)探讨合适的成型加工条件或方法,使样品成型。
4. 研究创新点
1)本课题所研究的对象是麦草或是扶桑枝条,它们都是农林废弃物,是储量非常高的生物质能源。
2)通过非化学的方法,探索球磨后的木粉具有热塑性的可能性,制备环境友好性材料。
3)本课题所制成的材料无任何污染,可生物自然降解,是理想环保的材料。
