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：A2021061000003743
成果描述：
| 课题来源与背景：纤维素是自然界中最丰富、可再生的天然资源，具有价廉、可降解、对环境不产生污染等特点。然而纤维素的羟基在分子内或分子间形成氢键，具有很高的结晶度，高温下分解而不熔融，难以成为生物基材料，必须对其进行热塑性改性。纤维素酯化是其中的一种重要的纤维素热塑性改性方法，纤维素高级脂肪酸酯具有优良的可塑性和加工流动性，其制备方法受到广泛关注。纤维素高级脂肪酸酯常用的制备方法需要大量的溶剂，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。针对纤维素高级脂肪酸酯制备方法与固相化学反应所存在的问题，在国家自然科学基金（51163002）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来制备纤维素高级脂肪酸酯。研究目的与意义：广西拥有丰富的天然纤维资源，如何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。通过该项目的研究，获得了机械活化作用下纤维素固相酯化反应的机理，为开发多功能纤维素高级脂肪酸酯的工艺与优化及设备设计提供理论依据，同时对纤维素固相反应制备其它的衍生物有很大的指导意义。并针对纤维素原料的特点和不同反应体系的要求，开发出系列机械活化固相反应器及其相应的机械活化固相化学反应法制备纤维素高级脂肪酸酯的新工艺。这不仅有极高的学术价值，而且具有重大的经济意义。主要论点与论据：该项目系统地研究了不同聚合度纤维素的机械活化效果，弄清机械活化对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与机械活化强化反应机理，包括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，系统地研究了两种反应体系的机械活化强度、纤维素聚合度和酯化剂碳链长度等因素对酯化产物取代度及其取代基分布的影响规律，机械活化对产物结构的影响以及产物性能与其结构特性的内在关系和规律性。机械活化强化机理为纤维素在机械活化固相反应过程中，由于机械力的剪切、研磨等作用，打断了纤维素内部的氢键连接，使纤维分子链间的作用力减弱，增强其分散性，降低其结晶度，纤维表面碳氧比增大，表面自由羟基含量增多，稳定性下降；另一方面纤维素与酯化剂之间的接触得到改善，各种物料充分混合，试剂更容易渗透到纤维颗粒内部并与处于亚稳态的高活性的羟基或高活性的大自由基相接触进行化学反应，有利于物料之间的能量交换与酯化反应的进行。创见与创新：针对纤维素高级脂肪酸酯制备方法所存在的问题，首次提出采用固相化学反应方法并以机械活化作为强化手段来制备纤维素高级脂肪酸酯，是重要的方法创新；探索机械活化条件下纤维素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，提出纤维素固相酯化的基础理论，是重要的理论创新。 |
