改性木质素填料合成及其聚合物复合材料性能研究
木质素是自然界中最丰富的芳香族有机高分子化合物，并且作为木材水解和造纸副产物，工业产量十分巨大。利用木质素开发聚合物填料具有很好的理论研究和实际应用价值。但木质素的高度异质性及其在聚合物基质中较差的分散性和相容性，严重制约木质素复合材料的开发及应用。基于以上问题，本论文采用木质素分级方法，考察不同的且结构相对均一的木质素对于聚合物复合材料结构和性能的影响，并在木质素分子上引入与聚合物片段，有效的改善了木质素复合材料“微观结构均一性差、宏观性能不稳定”的问题。论文具体开展的工作如下： 本研究以碱木质素为原料，采用乙醇逐级梯度分级法得到性能相对均一的溶解的方式获得多个均匀的木质素级分，制备木质素接枝聚甲基丙烯酸甲酯（L-g-PMMA），用于改性聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），探究不同级分制备出的接枝共聚物填料对PMMA热力学性能的影响；分析不同级分制备出的木质素纳米粒子与聚乙烯醇（PVA）复合得到的纳米水凝胶，探究不同尺寸的木质素纳米粒子填料对水凝胶力学性能的影响；研究PLLA/LG-g-PDLA的热解机理。具体研究结果如下： 采用乙醇-温度梯度分级法得到一系列性能相对均一的木质素级分，随后通过原子转移自由基聚合法（ATRP），在木质素中引入聚甲基丙烯酸甲酯，合成一系列改性木质素基填料（木质素接枝聚甲基丙烯酸甲酯，L-g-PMMA），最后引入聚甲基丙烯酸甲酯中制备复合材料。木质素分子结构分析结合力学性能检测结果表明，该复合材料的强度和韧性可以通过木质素大分子中S/G单元的种类、比例以及柔性/刚性键比例来调节。 以一系列性能相对均一的木质素级分为原料，采用溶剂转移法制备不同大小的木质素纳米粒子（LNPs），作为填料加入聚乙烯醇（PVA）基质中。通过GPC、31P-NMR、2D-HSQC-NMR、TEM、流变学和拉伸试验分析，揭示了不同结构尺寸的LNPs对PVA水凝胶力学性能存在显著差异。70%乙醇分离木质素级分制备的纳米粒子可使PVA韧性和强度分别提高6.33%和289.9%。 合成了木质素接枝右旋聚乳酸填料，并与左旋聚乳酸得到复合材料PLLA/LG-g-PDLA，利用核磁共振谱和凝胶渗透色谱对复合材料降解机理进行研究。实验结果表明，在240℃时，PLLA/LG-g-PDLA热解产物中有大量的L-LA和少量的D-和meso-lactide。通过核磁以及液相色谱数据分析表明，PLLA/LG-g-PDLA的热解机制主要是逐步解聚并伴随少量的随机解聚。不同热解条件丙交酯的得率对优化聚乳酸回收具有指导意义。
木质素;分级;填料;聚甲基丙烯酸甲酯;聚乙烯醇;聚乳酸;聚合物复合材料
天津科技大学
硕士
轻工技术与工程
戴林
2022
中文
TQ317;TB332
2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）