木质素与PCL的接枝改性工艺研究开题报告

 2021-08-08 20:08:28

1. 研究目的与意义

近年来,出于对经济、环保的适用性的考虑,生物质资源受到了广泛关注。此外,石油资源的稀缺也加大了业界对可再生能源的研究。木质素是自然界生物中丰富的可再生生物质资源,广泛存在于植物纤维原料中,其在自然界中的产量仅次于纤维素。但作为制浆造纸行业的主要副产物,它的利用率却非常低,仅为2%,主要作为热源利用,只有少部分(木质素磺酸盐)作为有机化学资源被再利用。木质素是一种无定形、多分支、多羟基的芳香族高分子化合物,具有许多官能团和活性位点,如众多的羟基(主要是酚羟基和醇羟基)等。由于其分子结构和聚集态结构十分复杂,目前对木质素的利用技术研究尚处于起始阶段,但通过接枝、酯化、醚化等反应对其进行改性,可使木质素广泛运用于其它领域,如石油、化工、材料、农业等领域作为分散剂、表面活性剂、螯合剂等,作为新型环境友好型生物质资源,木质素十分具有科研价值。

聚己内酯(pcl)具有优异的星型空间结构,是carothers课题组最早合成的高聚物之一,早在20世界30年代就合成出来了。它具有优良的溶解性,软化温度低,易加工,柔韧性好,是可生物降解的内酯聚合物。这些特点吸引了科学家对其在生物医药领域应用的广泛研究,但因其成本较高,它的应用也受到了一定限制。

因此,通过接枝的方法将pcl接枝到木质素大分子上,使刚性的木质素同时具有了pcl的柔韧性,得到既具有良好机械性能又可生物降解的高分子材料,赋予了木质素产品更好的性能,扩大了其应用范围,为木质素产品的开发奠定基础。

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2. 国内外研究现状分析

木质素的化学改性研究主要方向有通过木质素的磺化、羟甲基化、酚化、氧化、胺化、酯化等改变其性能。聚己内酯是由-己内酯开环聚合得到的半结晶型聚合物,玻璃化温度tg在-60℃,熔点在59℃到64℃范围内,具有良好的溶解性,机械相容性等,但出于其价格昂贵,它的使用受到了诸多限制。

目前国内外对木质素-聚己内酯接枝共聚物的研究主要分为通过机械方法共混和通过化学改性方法对木质素进行接枝,将pcl长链接枝到木质素大分子上。本篇研究的就是后者合成的pcl-木质素接枝聚合物的性能及影响因素。在现有的同类研究中,主要分为对酶解木质素-pcl聚合物和碱性木质素-pcl聚合物的研究。

将pcl接枝到木质素大分子上的接枝途径可分为三类:grafting to, grafting from, grafting through. (1)grafting to,是指聚己内酯先发生功能性预聚后,产生具有活性端基的预聚体,再接枝到木质素骨架上。制备接枝共聚物可通过普通自由基聚合,活性自由基聚合,开环聚合等方式来实现;(2)grafting from,通过木质素骨架上的活性位点(羟基)引发聚己内酯上的乙烯基发生接枝共聚反应;(3)grafting through,则是通过预先制备的乙烯基木质素大分子单体与小分子单体发生共聚反应合成接枝聚合物。

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3. 研究的基本内容与计划

基于已有理论知识,对木质素-pcl接枝聚合物进行ft-ir、dsc、gpc等测试,了解并表征其结构及性能,研究不同的工艺条件对木质素-pcl接枝聚合物结构及性能的影响,如:

cl用量(通过采取不同的cl/oh比值研究产品结构与性能的不同,分别采用cl/oh=5,10,20,50,100进行实验);

反应温度(拟采取90℃和130℃两个不同的反应温度测量对产品结构性能的影响);

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4. 研究创新点

本论文的创新点主要如下:

系统研究了木质素与聚己内酯(pcl)的本体开环聚合反应体系。

系统研究了木质素-pcl接枝聚合产品的结构与性能。

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