地区：上海市 宝山区
关键词：广西大学
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000003888
成果描述：
| 课题来源与背景：植物纤维是自然界最丰富的可再生资源，价格低廉，可生物降解。纤维素分子中含有大量羟基，可塑性差、难以加工。通过采用传统的纤维素改性技术移植到天然植物纤维的改性，使其转化成新型的热塑性高分子材料，并以塑化的植物纤维作为基体树脂，植物纤维作为增强材料制备可完全生物降解的全植物纤维复合材料（All-plant fibercomposites），具有重要的意义。植物纤维酯化基本是在水或有机溶剂中进行，而鲜见有固相酯化的研究。溶剂法需要大量的溶剂，存在溶剂回收、污染环境、催化剂残留、工艺复杂和成本较高等问题。而固相反应具有不使用溶剂，具有高选择性、高产率、工艺过程简单和不污染环境、节约溶媒、减少能耗和无爆燃性等优点，是一种较理想的合成方法，已成为发展绿色化学与技术的新途径和开发制备绿色材料和产品的重要手段。但在固相反应中，反应是固体与固体接触，物料之间的混合与接触不充分，物料间的能量交换受到限制。针对植物纤维改性所存在的问题，在广西自然科学基金项目（2013GXNSFDA019004）的资助下，该项目采用固相化学反应方法并以机械活化作为强化手段对植物纤维进行热塑化改性，并通过热压成型制备全纤维复合材料。研究目的与意义：广西拥有丰富的植物纤维资源，其中木薯酒糟是生产非粮生物质能源的废弃物，具有量大、富含纤维质、价格低廉、可自然降解的特点，是制备环境友好型高分子材料的可持续发展资源。如何提高它们的利用率和附加值，把资源优势转化为产业发展的优势是一项重要的研究课题。通过该课题的研究，一方面为植物纤维，尤其是木薯酒糟开拓了一个新的研究和应用领域，对农业废弃物循环再生利用，提高其附加价值，具有显著的生态环境效益，将对广西木薯产业和生物质能源的发展起极大促进作用；另一方面为制备品质优良的热塑性纤维和全纤维复合材料打下理论基础和积累经验。这不仅有重大的经济意义，而且具有极高的学术价值。主要论点与论据：该项目系统地研究了木薯酒糟、甘蔗渣等不同结构特性原料及其组分的机械活化效果，弄清机械活化对不同原料和不同聚合度纤维素形态结构、超分子结构、表面特性等的影响规律；构建了纤维素的机械活化固相酯化反应体系，包括机械活化熔盐固相催化反应体系和机械活化固相共反应剂反应体系，提出了纤维素固相酯化的基础理论；分别研究了甘蔗渣、木薯酒糟、木薯渣等不同木质素、半纤维素含量植物纤维的机械活化固相酯化效果及其制备全纤维复合材料、木塑复合材料，并研究了产物的结构与应用性能的关系；分别研究了机械活化作用对木质纤维素结构及其组分的结构破坏、官能团变化等情况，推测机械活化的强化作用及机械活化固相共反应剂反应体系的反应机理和机械活化熔盐固相催化反应体系的熔盐催化作用机理；针对植物纤维原料的特点和不同反应体系的要求，完善了反应器的结构并开发出系列机械活化固相反应器，解决了传统球磨机应用于多糖高聚物存在的能量效率低、反应均匀性差、改性程度难控制和改性产物的粘壁和粘球等问题；探索了机械活化固相反应体系应用于制备木质纤维素酯基氧化催化剂、酯化淀粉、酯化木质素等方面的研究。创见与创新：针对针对植物纤维热塑化所存在的问题，在已经取得的纤维素长链固相酯化研究成果的基础上，提出用固相化学反应方法并采用机械活化作为强化手段来制备热塑性植物纤维和全纤维素复合材料，制备过程绿色环保，这是制备方法与强化手段方面的创新；探索机械活化条件下植物纤维固相反应中出现的新的、重大的科学问题，弄清机械活化强化作用的规律及其机理，提出植物纤维固相酯化的基础理论是该项目的理论创新。社会经济效益：通过该项目研究所研发的系列机械活化固相反应器及其机械活化固相化学反应技术具有工艺过程与设备简单、投资省、生产过程无“三废”排放；原料和改性试剂的利用率高，生产成本低；能根据产品的不同用途精确控制产品的改性程度。该项目研究成果的推广应用情况：机械活化固相法制备木质纤维素酯基催化剂及其在废水处理中的应用、淀粉的机械活化固相酯化改性、木质素的机械活化固相酯化改性等。因此，该项目的研究成果具有显著的社会和经济效益。 |
