木質素兩親聚合物的微結構調控及其納米材料制備基礎項目摘要

木質素基納米材料的制備給制漿造紙廢液中回收的工業(yè)木質素提供既新穎又廣闊的應用前景，同時開辟了木質素產(chǎn)品高附加值應用的一個新領域。而制備木質素基納米材料的關鍵科學問題就是木質素兩親聚合物的微結構研究及其調控機制。本項目擬通過堿木質素改性制備木質素兩親聚合物，研究堿木質素微結構對反應效率的影響，揭示木質素兩親聚合物微結構對吸附特征、分散性能等方面的影響規(guī)律，為木質素的高效改性及應用提供基礎；進一步探索木質素兩親聚合物微結構對制備木質素基納米材料的影響，實現(xiàn)微結構從“無序”到“有序”的轉化，并探索其轉化條件和轉化機制，可望在理論及應用方面獲得突破性的進展，為新型木質素基納米材料的制備提供理論基礎與應用指導。本項目的實施對于可再生資源的高值利用及環(huán)境保護均具有重大的意義。

項目通過研究木質素的溶液行為，準確測定木質素的物性參數(shù)，建立了木質素兩親聚合物的微結構模型及其調控機制；進一步通過分子間作用力分析，調控木質素的聚集與解聚，揭示了木質素微結構對其功能改性，吸附分散性能和納米材料制備的影響規(guī)律；在此基礎上，通過接枝聚合、雜化復合、超分子自組裝等技術制備系列木質素納米材料與復合材料，并探索在染料分散、農(nóng)藥控釋和抗光解、材料增韌與抗紫外老化、天然防曬護膚等領域的應用。相關研究為工業(yè)木質素和造紙黑液的資源化高效利用開辟了新的方向，取得一批國內領先，國際先進的研究成果。項目在研期間共發(fā)表論文58篇，授權中國發(fā)明專利10項，申請中國發(fā)明專利16項，獲國家技術發(fā)明二等獎1項，中國專利優(yōu)秀獎2項，廣東省專利金獎1項。培養(yǎng)中青年學術帶頭人1人，培養(yǎng)研究生21人（其中博士研究生3人，碩士研究生18人）。

本書全面系統(tǒng)地敘述了木質素的基礎知識，以及木質素復合材料、改性材料及納米材料的發(fā)展過程和近年來的研究進展。本書不僅包含了木質素的存在形式、結構性質、分離檢測，還詳細介紹了不同形式的功能木質素材料的制備方法和最新且具代表性的研究工作。

本項目以超大規(guī)模分子動力學并行計算技術、蒙特卡羅方法、微觀斷裂力學理論為依據(jù)，建立微結構件表面形成過程的離散仿真模型。然后，采用并行分子動力學方法對微結構超精密加工過程進行模擬仿真，將表面吸附和馳豫效應作用于微結構工件，獲得具有非理想表面和亞表層的微構件模型。在此基礎上，建立起考慮加工過程影響因素的微結構件力學模型，在分子或分子團的尺度上研究微結構件的強度、剛度及動態(tài)特性，進而分析非理想微結構的殘余應力、加工變質層和加工缺陷等因素對微構件力學行為的影響。同時，以掃描探針顯微鏡為主要實驗設備，對微結構特征進行加工和測試等試驗，將仿真與實驗結果進行比較分析，驗證理論分析的正確性。本項目的研究將為建立微結構分析的理論體系和設計準則奠定重要的基礎，對推進微結構的實用化具有現(xiàn)實的理論意義和實用價值。 2100433B