《林木剩餘物半纖維素薄膜的製備及性能》是依託北京工商大學，由孫輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：林木剩餘物半纖維素薄膜的製備及性能
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孫輝
- 依託單位：北京工商大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國屬於森林資源匱乏的國家，高附加值利用林木剩餘物意義重大。本項目採用綠液輔助預處理等方法從林木剩餘物中分離提取半纖維素，設計採用多種增塑劑研究半纖維素的成膜性；通過膜表面接枝聚合引入活性官能團，並以此為反應位點用長碳鏈斑鳩菊酸改性製備半纖維素基疏水性薄膜；研究模型單體丙烯醯胺、丙烯酸和馬來酸酐在膜表面的接枝聚合及 XPS探針化合物在表面的鍵合；通過與蒙脫土等層狀矽酸鹽共混複合製備高阻隔性半纖維素基薄膜。通過對彈性模量、拉伸強度、斷裂伸長率及氧氣透過率、水蒸氣透過率等的研究，闡明其力學性能和阻隔性能與結構的關係。本項目旨在提高木材的高效增值利用,為其在包裝材料等多領域套用提供科學依據。
結題摘要
本項目面向基於生物質材料在綠色包裝領域的潛在套用，以林業剩餘物楊木木粉為對象，研究了半纖維素的提取、複合膜製備以及疏水改性。採用回響面法確定了鹼解醇沉法提取半纖維素的最優條件；採用物理共混改性方式構築了半纖維素/纖維素納米晶複合膜和半纖維素/木質素複合薄膜，研究了複合膜的力學性能、表面疏水性、氧阻隔性能和熱穩定性，分析了木質素添加量對複合膜各方面性能的影響效果和機理。研究發現，半纖維素複合膜的表面疏水性隨木質素含量的增加而改善，最大平均接觸角可達到65.6 °，為不含木質素的原膜的161%。在力學性能方面，複合膜的拉伸強度隨木質素添加量不斷升高，表明了木質素對體系具有增強作用；採用醚化方式對半纖維素進行一步法化學改性，避免了傳統的先提取再改性過程中二次鹼解對半纖維素結構的破壞。證實了將環氧氯丙烷直接作為烷基化試劑與半纖維素進行醚化反應的可行性，闡釋了反應機理。醚化改性半纖維素薄膜疏水性能、氧氣阻隔性能和熱穩定性能均明顯提升。最優條件下複合膜的拉伸強度為14.6 MPa，表面接觸角為71.7°，氧氣透過係數為1.9 (cm3•µm)/(m2•d•kPa)； 採用天然無毒的檸檬酸作為酯化劑，在溫和條件與半纖維素髮生酯化交聯反應；探究了檸檬酸添加量對疏水改性複合膜力學、疏水、氧阻隔和熱穩定等性能的影響，提出了酯化交聯反應機理，闡明了複合膜性能和檸檬酸添加量之間的關係。研究表明，當檸檬酸添加量達到20%時，楊木半纖維素充分酯化交聯，形成緻密的網狀結構，獲得最高的拉伸強度和最低的斷裂伸長率。進一步添加檸檬酸，可以增強複合膜的韌性、氧阻隔性和表面疏水性，最大接觸角達87.5 °，氧氣透過係數低至1.9 (cm3•µm)/(m2•d•kPa)。改性半纖維素薄膜疏水性能顯著改善，阻隔性能比典型石油基包裝材料低密度聚乙烯和可再生高分子材料聚乳酸更優越，在食品包裝材料領域極具套用潛力。
