類(lèi)玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料：制備工藝、性能特征與應(yīng)用前景探究一、引言1.1研究背景與意義在全球資源與環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻的當(dāng)下，木質(zhì)素作為自然界中儲(chǔ)量?jī)H次于纖維素的第二大可再生天然高分子，其高效利用成為研究焦點(diǎn)。木質(zhì)素廣泛存在于植物細(xì)胞壁中，是針葉樹(shù)類(lèi)、闊葉樹(shù)類(lèi)和草類(lèi)植物的基本化學(xué)組成之一，制漿造紙和生物煉制工業(yè)每年都會(huì)產(chǎn)生大量的木質(zhì)素。然而，目前超過(guò)95%的分離木質(zhì)素被當(dāng)作工業(yè)廢渣進(jìn)行燃燒處理，這不僅造成了極大的資源浪費(fèi)，還增加了CO2等溫室氣體的排放，對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響。因此，探索木質(zhì)素的高效利用途徑，對(duì)于緩解資源短缺和減輕環(huán)境污染具有重要意義。將木質(zhì)素與合成高分子復(fù)合制備木質(zhì)素基復(fù)合材料，是實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素高值化利用的有效方法之一。一方面，木質(zhì)素的加入可以部分替代相對(duì)昂貴的石油基高分子材料，降低生產(chǎn)成本；另一方面，有助于減少木質(zhì)素燃燒對(duì)環(huán)境的影響，促進(jìn)天然產(chǎn)物的循環(huán)利用，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。在眾多可與木質(zhì)素復(fù)合的高分子材料中，類(lèi)玻璃高分子（Vitrimer）憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，成為研究熱點(diǎn)。類(lèi)玻璃高分子是一類(lèi)新型的高分子材料，它打破了傳統(tǒng)熱固性和熱塑性材料之間的界限。與熱固性材料相比，類(lèi)玻璃高分子具有可通過(guò)熱激活鍵交換反應(yīng)重新排列網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的能力，使其在不失去永久交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的情況下，表現(xiàn)出應(yīng)力松弛、可再加工等動(dòng)態(tài)特性；與熱塑性材料相比，類(lèi)玻璃高分子又具有穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性。這些特性使得類(lèi)玻璃高分子在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，如可回收降解塑料、自修復(fù)材料和可重復(fù)使用的黏接劑等領(lǐng)域。將木質(zhì)素與類(lèi)玻璃高分子復(fù)合制備木質(zhì)素/類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料，有望綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出具有優(yōu)異性能和多功能的新型材料。一方面，木質(zhì)素的引入可以賦予復(fù)合材料新的性能，如生物可降解性、生物相容性、抗氧化性等；另一方面，類(lèi)玻璃高分子的動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以提高復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和可加工性。此外，這種復(fù)合材料還具有可回收、可再加工的特性，符合當(dāng)前對(duì)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展材料的需求。然而，目前木質(zhì)素/類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料的研究仍處于起步階段，在制備方法、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系、性能優(yōu)化等方面還存在諸多問(wèn)題亟待解決。例如，木質(zhì)素與類(lèi)玻璃高分子之間的界面相容性較差，導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能和其他性能難以充分發(fā)揮；傳統(tǒng)的制備方法往往需要使用大量的溶劑和催化劑，不僅增加了生產(chǎn)成本，還對(duì)環(huán)境造成一定的污染；對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究還不夠深入，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料性能的精準(zhǔn)調(diào)控等。本研究旨在通過(guò)深入研究木質(zhì)素/類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料的制備方法、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，開(kāi)發(fā)出綠色高效的制備工藝，制備出具有優(yōu)異性能和多功能的木質(zhì)素/類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料。具體而言，本研究將圍繞以下幾個(gè)方面展開(kāi)：一是探索新型的無(wú)溶劑或低溶劑制備方法，減少對(duì)環(huán)境的影響；二是研究木質(zhì)素與類(lèi)玻璃高分子之間的界面相互作用，通過(guò)化學(xué)改性等方法提高界面相容性；三是系統(tǒng)研究復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，揭示其性能形成機(jī)制；四是對(duì)復(fù)合材料的性能進(jìn)行優(yōu)化，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。通過(guò)本研究，期望為木質(zhì)素基復(fù)合材料的綠色高效制備以及高值化利用提供新的途徑和理論依據(jù)，推動(dòng)木質(zhì)素資源的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)也為類(lèi)玻璃高分子材料的應(yīng)用拓展提供新的思路和方法。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來(lái)，隨著可持續(xù)發(fā)展理念的深入，木質(zhì)素基復(fù)合材料的研究受到廣泛關(guān)注，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在木質(zhì)素/類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料領(lǐng)域取得了一定的研究進(jìn)展，主要集中在制備方法、性能研究以及應(yīng)用探索等方面。在制備方法上，傳統(tǒng)的制備方法常涉及復(fù)雜的化學(xué)改性和大量溶劑的使用。例如，早期將木質(zhì)素與高分子復(fù)合時(shí)，需要對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行繁瑣的化學(xué)改性處理，以增強(qiáng)其與基體樹(shù)脂之間的界面相互作用，同時(shí)在復(fù)合和材料成型過(guò)程中會(huì)使用高極性高沸點(diǎn)溶劑，后續(xù)還需進(jìn)行溶劑回收，這不僅增加了制備成本，還對(duì)環(huán)境不友好。為解決這些問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外研究人員開(kāi)始探索新型的制備方法。陜西科技大學(xué)趙偉教授課題組利用雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）和生物質(zhì)二胺（Priamine1074）之間的高效加聚反應(yīng)，在不使用任何溶劑和催化劑且無(wú)需對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行化學(xué)改性預(yù)處理的條件下，一步法實(shí)現(xiàn)了具有動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的聚氨酯類(lèi)玻璃高分子的原位合成以及其與木質(zhì)素的高效復(fù)合，成功開(kāi)發(fā)出木質(zhì)素/類(lèi)玻璃高分子綠色智能復(fù)合材料（LPHU）。這種無(wú)溶劑法制備工藝綠色環(huán)保，為木質(zhì)素/類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料的制備提供了新的思路，有望降低生產(chǎn)成本，推動(dòng)該類(lèi)復(fù)合材料的工業(yè)化生產(chǎn)。在性能研究方面，眾多研究聚焦于木質(zhì)素/類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、自愈合性、形狀記憶性等性能。在力學(xué)性能上，有研究表明，木質(zhì)素的加入會(huì)在一定程度上影響復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，但通過(guò)優(yōu)化制備工藝和調(diào)控木質(zhì)素與類(lèi)玻璃高分子的比例，可以改善復(fù)合材料的力學(xué)性能。在熱穩(wěn)定性方面，木質(zhì)素的引入可以提高復(fù)合材料的熱分解溫度，增強(qiáng)其熱穩(wěn)定性。如一些研究通過(guò)熱重分析（TGA）等手段，詳細(xì)研究了不同木質(zhì)素含量的復(fù)合材料在不同溫度下的熱降解行為，發(fā)現(xiàn)隨著木質(zhì)素含量的增加，復(fù)合材料的初始分解溫度和最大分解溫度均有所提高。自愈合性和形狀記憶性是類(lèi)玻璃高分子材料的獨(dú)特性能，將木質(zhì)素與類(lèi)玻璃高分子復(fù)合后，復(fù)合材料依然能夠保持這些性能。陜西科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的LPHU復(fù)合材料就展現(xiàn)出極好的形狀記憶特性和超快的自愈合特性，這使得該材料在智能材料領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。在應(yīng)用探索方面，木質(zhì)素/類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料展現(xiàn)出了在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。在包裝領(lǐng)域，利用其形狀記憶特性開(kāi)發(fā)的智能包裝標(biāo)簽，可用于食品、藥品、疫苗等溫度敏感性商品運(yùn)輸環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)以及熱歷史的追蹤。在電子領(lǐng)域，將LPHU的預(yù)聚物制備成特殊的油墨，利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在天然纖維素紙張上和導(dǎo)電油墨進(jìn)行疊印制備的LPHU紙基預(yù)聚片，不僅可用于構(gòu)筑柔性傳感器件用于人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)，而且多層疊加簡(jiǎn)單熱壓后，可實(shí)現(xiàn)高性能紙基電磁屏蔽材料的高效制備。此外，該復(fù)合材料還在生物醫(yī)學(xué)、建筑等領(lǐng)域展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景，如在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，其生物相容性和可降解性使其有望用于組織工程和藥物緩釋載體；在建筑領(lǐng)域，其良好的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性可用于制備建筑保溫材料和結(jié)構(gòu)材料等。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在木質(zhì)素/類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料的研究上取得了一定成果，但目前該領(lǐng)域仍處于發(fā)展階段，在木質(zhì)素與類(lèi)玻璃高分子的界面相容性、復(fù)合材料性能的精準(zhǔn)調(diào)控以及大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等方面還面臨諸多挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步深入研究。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究聚焦于類(lèi)玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料，從制備方法、性能探究、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系以及應(yīng)用探索等方面展開(kāi)系統(tǒng)研究，具體內(nèi)容如下：木質(zhì)素/類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料的制備：深入探索無(wú)溶劑或低溶劑制備方法，以陜西科技大學(xué)趙偉教授課題組利用雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）和生物質(zhì)二胺（Priamine1074）之間的高效加聚反應(yīng)制備木質(zhì)素/類(lèi)玻璃高分子綠色智能復(fù)合材料（LPHU）為參考，研究不同反應(yīng)條件，如反應(yīng)溫度、時(shí)間、反應(yīng)物比例等對(duì)聚合反應(yīng)以及木質(zhì)素與類(lèi)玻璃高分子復(fù)合效果的影響。同時(shí)，嘗試引入其他新型的反應(yīng)體系或添加劑，進(jìn)一步優(yōu)化制備工藝，提高復(fù)合材料的性能和制備效率。木質(zhì)素與類(lèi)玻璃高分子的界面相互作用：采用化學(xué)改性、添加界面相容劑等方法，改善木質(zhì)素與類(lèi)玻璃高分子之間的界面相容性。利用紅外光譜（FTIR）、核磁共振（NMR）等手段，深入分析木質(zhì)素與類(lèi)玻璃高分子之間的化學(xué)鍵合情況和分子間相互作用；通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）觀察復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，直觀地了解界面形態(tài)和相分布，從而揭示界面相互作用對(duì)復(fù)合材料性能的影響機(jī)制。復(fù)合材料的性能研究：全面測(cè)試復(fù)合材料的力學(xué)性能（拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等）、熱穩(wěn)定性（熱重分析TGA、差示掃描量熱法DSC）、自愈合性（自愈合效率測(cè)試、微觀結(jié)構(gòu)觀察）、形狀記憶性（形狀記憶固定率和回復(fù)率測(cè)試）等性能。系統(tǒng)研究木質(zhì)素含量、類(lèi)玻璃高分子結(jié)構(gòu)、制備工藝等因素對(duì)復(fù)合材料各項(xiàng)性能的影響規(guī)律，建立性能與結(jié)構(gòu)、制備工藝之間的關(guān)聯(lián)模型，為復(fù)合材料的性能優(yōu)化提供理論依據(jù)。復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系：借助X射線衍射（XRD）、小角X射線散射（SAXS）等技術(shù)，深入研究復(fù)合材料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、分子鏈排列等微觀結(jié)構(gòu)特征；利用動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（DMA）研究復(fù)合材料在不同溫度和頻率下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，進(jìn)一步探討結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬等方法，從分子層面揭示復(fù)合材料的性能形成機(jī)制，為材料的設(shè)計(jì)和性能調(diào)控提供理論指導(dǎo)。復(fù)合材料的應(yīng)用探索：依據(jù)復(fù)合材料的性能特點(diǎn)，探索其在包裝、電子、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。在包裝領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)基于復(fù)合材料形狀記憶特性的智能包裝標(biāo)簽，研究其對(duì)溫度敏感性商品運(yùn)輸環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性；在電子領(lǐng)域，制備基于復(fù)合材料的柔性傳感器件，測(cè)試其對(duì)人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)的靈敏度和穩(wěn)定性；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，評(píng)估復(fù)合材料的生物相容性和可降解性，探索其作為組織工程支架和藥物緩釋載體的可行性。1.3.2研究方法實(shí)驗(yàn)法：通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)操作來(lái)制備木質(zhì)素/類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料，并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試。在制備過(guò)程中，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，如反應(yīng)溫度、時(shí)間、反應(yīng)物比例等，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。例如，在探索無(wú)溶劑法制備復(fù)合材料時(shí)，按照特定的比例將雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）、生物質(zhì)二胺（Priamine1074）和木質(zhì)素混合，在不同的溫度和時(shí)間條件下進(jìn)行反應(yīng)，觀察反應(yīng)過(guò)程和產(chǎn)物的特性。測(cè)試表征法：運(yùn)用各種先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征。利用FTIR、NMR等光譜分析技術(shù)確定材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合情況；通過(guò)SEM、TEM等顯微鏡技術(shù)觀察材料的微觀形貌和界面結(jié)構(gòu)；采用TGA、DSC等熱分析技術(shù)測(cè)試材料的熱穩(wěn)定性和熱轉(zhuǎn)變行為；運(yùn)用拉伸試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)等力學(xué)測(cè)試設(shè)備測(cè)定材料的力學(xué)性能；通過(guò)自愈合效率測(cè)試裝置和形狀記憶測(cè)試裝置評(píng)估材料的自愈合性和形狀記憶性等。對(duì)比分析法：設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)組，對(duì)比不同制備方法、不同木質(zhì)素含量、不同類(lèi)玻璃高分子結(jié)構(gòu)等因素對(duì)復(fù)合材料性能的影響。例如，分別采用無(wú)溶劑法和溶劑法制備聚氨酯類(lèi)玻璃高分子/木質(zhì)素（LPHU）復(fù)合材料，對(duì)比兩種方法制備的復(fù)合材料在力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等方面的差異；制備不同木質(zhì)素含量的復(fù)合材料，對(duì)比分析木質(zhì)素含量對(duì)復(fù)合材料各項(xiàng)性能的影響規(guī)律，從而找出最佳的制備工藝和材料配方。二、相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1木質(zhì)素概述2.1.1木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)特性木質(zhì)素是一種廣泛存在于植物體中的無(wú)定形的、分子結(jié)構(gòu)中含有氧代苯丙醇或其衍生物結(jié)構(gòu)單元，通過(guò)醚鍵和碳-碳鍵相互連接形成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的生物高分子。按照所含結(jié)構(gòu)單元的不同，可將其分為紫丁香基木質(zhì)素（S-木質(zhì)素）、愈瘡木基木質(zhì)素（G-木質(zhì)素）和對(duì)羥基苯基木質(zhì)素（H-木質(zhì)素）三種類(lèi)型。原木木質(zhì)素是一種白色或接近無(wú)色的不溶性固體物質(zhì)，而通常見(jiàn)到的木質(zhì)素顏色在淺黃色和深褐色之間，相對(duì)密度為1.35-1.50，在水或大部分有機(jī)溶劑中均不溶解，具有較高的熱值，燃燒熱一般大于100kJ/g。木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其分子主要由C、H、O三種元素組成。它共有愈創(chuàng)木基結(jié)構(gòu)、紫丁香基結(jié)構(gòu)和對(duì)羥苯基結(jié)構(gòu)這3種基本的非縮合型結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)單元之間以醚鍵和碳-碳鍵聯(lián)接，聯(lián)接部位可發(fā)生在苯環(huán)酚羥基之間、結(jié)構(gòu)單元中三個(gè)碳原子之間或是苯環(huán)側(cè)鏈之間。在天然結(jié)構(gòu)中，單元間最主要的聯(lián)接方式是β-O-4和α-O-4，約占50%左右，其他有代表性的聯(lián)接鍵型還有β-5、β-1、5-5等。工業(yè)木質(zhì)素絕大部分源于制漿造紙工業(yè)的蒸煮廢液，實(shí)際上是木質(zhì)素大分子降解形成的小的碎片和各種碎片縮合物的一種混合物，其分子量范圍在1000-20000之間的約占45%，20000-50000之間約占50%，保留有原本木質(zhì)素的大分子骨架和基本的功能基團(tuán)，如酚羥基、醇羥基、羰基、羧基、甲氧基、共軛雙鍵等。這些功能基團(tuán)或化學(xué)鍵，以及酚型和非酚型的芳香環(huán)，賦予了木質(zhì)素良好的化學(xué)反應(yīng)活性，可進(jìn)行接枝改性等多種化學(xué)反應(yīng)。這種復(fù)雜的酚類(lèi)高分子結(jié)構(gòu)對(duì)木質(zhì)素的性能和反應(yīng)活性產(chǎn)生了重要影響。一方面，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使得木質(zhì)素具有較高的剛性和穩(wěn)定性，使其在植物細(xì)胞壁中起到增強(qiáng)細(xì)胞壁和保護(hù)植物體的作用；另一方面，豐富的活性基團(tuán)為木質(zhì)素參與各種化學(xué)反應(yīng)提供了可能，然而，由于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和大分子的多分散性，其反應(yīng)活性位點(diǎn)的可及性存在差異，導(dǎo)致在化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)出不均一性，這也在一定程度上限制了木質(zhì)素的有效利用。例如，在與其他高分子材料復(fù)合時(shí)，木質(zhì)素與基體之間的界面相容性較差，難以形成良好的結(jié)合，影響復(fù)合材料的性能。此外，木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中的醚鍵和碳-碳鍵在一些條件下相對(duì)穩(wěn)定，使得木質(zhì)素的降解和改性較為困難，需要采用合適的方法來(lái)打破這些化學(xué)鍵，實(shí)現(xiàn)對(duì)木質(zhì)素結(jié)構(gòu)和性能的調(diào)控。2.1.2木質(zhì)素的化學(xué)改性方法為了克服木質(zhì)素自身性能的局限性，提高其在復(fù)合材料等領(lǐng)域的應(yīng)用效果，常采用化學(xué)改性的方法對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行處理。常見(jiàn)的化學(xué)改性方法包括氧化、磺化、酰化等，以下闡述其作用原理。氧化改性：通過(guò)氧化劑的作用，使木質(zhì)素分子中的某些基團(tuán)發(fā)生氧化反應(yīng)。例如，木質(zhì)素分子中的酚羥基可以被氧化為醌式結(jié)構(gòu)，羰基可以被進(jìn)一步氧化為羧基等。氧化改性能夠改變木質(zhì)素的電子云分布和分子極性，從而影響其化學(xué)活性和物理性能。在木質(zhì)素與其他聚合物復(fù)合時(shí)，氧化改性后的木質(zhì)素可能由于引入了更多的極性基團(tuán)，與極性聚合物的相容性得到提高。此外，氧化反應(yīng)還可能導(dǎo)致木質(zhì)素分子鏈的斷裂或交聯(lián)，進(jìn)而改變其分子量和分子結(jié)構(gòu)，對(duì)其性能產(chǎn)生影響。比如，適當(dāng)?shù)难趸梢越档湍举|(zhì)素的分子量，使其更易于參與化學(xué)反應(yīng)；而過(guò)度氧化則可能導(dǎo)致分子鏈過(guò)度交聯(lián)，使木質(zhì)素變得脆性增加。磺化改性：主要包括磺化和磺甲基化反應(yīng)。磺化反應(yīng)通常是在高溫下，將木質(zhì)素與Na?SO?等磺化劑反應(yīng)，使木質(zhì)素側(cè)鏈上引進(jìn)磺酸基，得到水溶性好的產(chǎn)品。如馬濤等進(jìn)行堿木素磺化試驗(yàn)，在特定的Na?SO?用量、NaOH與Na?SO?重量比、液比、反應(yīng)最高溫度和保溫時(shí)間條件下，成功實(shí)現(xiàn)堿木素磺化。磺甲基化反應(yīng)則是木質(zhì)素先經(jīng)羥甲基化，即在堿性介質(zhì)中，其苯環(huán)上的游離酚羥基與甲醛反應(yīng)引入羥甲基，然后在一定條件下與Na?SO?、NaHSO?或者SO?發(fā)生苯環(huán)的磺甲基化反應(yīng)。磺化改性可以顯著提高木質(zhì)素的水溶性和表面活性。在混凝土減水劑等應(yīng)用中，磺化木質(zhì)素能夠降低水泥顆粒之間的表面張力，使水泥顆粒更好地分散在水中，從而提高混凝土的工作性能和強(qiáng)度。酰化改性：是利用酰化劑與木質(zhì)素分子中的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，引入酰基。常用的酰化劑有酸酐、酰氯等。通過(guò)酰化改性，木質(zhì)素分子中的羥基被酰基取代，改變了其分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。酰化后的木質(zhì)素由于引入了疏水性的酰基基團(tuán)，其疏水性增強(qiáng)，這在一些需要改善木質(zhì)素與疏水性聚合物相容性的應(yīng)用中具有重要意義。例如，在制備木質(zhì)素/塑料復(fù)合材料時(shí)，酰化改性后的木質(zhì)素與塑料基體的相容性更好，能夠提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和加工性能。同時(shí)，酰化反應(yīng)還可以在一定程度上保護(hù)木質(zhì)素分子中的羥基，減少其在后續(xù)反應(yīng)中的副反應(yīng)。2.1.3木質(zhì)素在復(fù)合材料中的應(yīng)用現(xiàn)狀木質(zhì)素作為一種天然高分子材料，具有可再生、可生物降解、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，在復(fù)合材料領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。目前，木質(zhì)素已被廣泛應(yīng)用于制備多種類(lèi)型的復(fù)合材料，如木質(zhì)素/塑料復(fù)合材料、木質(zhì)素/橡膠復(fù)合材料、木質(zhì)素基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等。在木質(zhì)素/塑料復(fù)合材料方面，通過(guò)將木質(zhì)素與聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸等塑料復(fù)合，可以部分替代石油基塑料，降低成本，同時(shí)賦予復(fù)合材料一些新的性能，如生物可降解性、生物相容性、抗氧化性等。例如，將木質(zhì)素與聚乳酸復(fù)合制備的復(fù)合材料，不僅提高了聚乳酸的韌性和熱穩(wěn)定性，還使其具有更好的生物降解性，在包裝、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。在木質(zhì)素/橡膠復(fù)合材料中，木質(zhì)素可以作為橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑。研究表明，木質(zhì)素的加入能夠提高橡膠的拉伸強(qiáng)度、硬度和耐磨性等性能。如將木質(zhì)素修飾層狀雙氫氧化物（Lignin-LDH）與丁苯橡膠（SBR）通過(guò)熔融共混制備復(fù)合材料，硫化數(shù)據(jù)表明，Lignin-LDH能提高SBR的硫化速度，且隨著分散劑木質(zhì)素用量的增加，復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著增強(qiáng)。在木質(zhì)素基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，木質(zhì)素可以與纖維素纖維、玻璃纖維等復(fù)合，制備高強(qiáng)度的復(fù)合材料，用于建筑、汽車(chē)等領(lǐng)域。例如，以木質(zhì)素為基體，添加纖維素纖維制備的復(fù)合材料，具有較高的強(qiáng)度和模量，可用于制造建筑模板、家具等產(chǎn)品。然而，當(dāng)前木質(zhì)素在復(fù)合材料中的應(yīng)用仍存在一些問(wèn)題。首先，木質(zhì)素與基體之間的界面相容性較差，導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能和其他性能難以充分發(fā)揮。其次，木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)和性能受原料來(lái)源和提取方法的影響較大，不同來(lái)源和提取方法得到的木質(zhì)素在分子量、官能團(tuán)含量、分子結(jié)構(gòu)等方面存在差異，這給木質(zhì)素在復(fù)合材料中的應(yīng)用帶來(lái)了一定的困難。此外，木質(zhì)素的化學(xué)穩(wěn)定性較高，在一些應(yīng)用中難以降解，可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成潛在的影響。2.2類(lèi)玻璃高分子材料概述2.2.1類(lèi)玻璃高分子材料的性能特點(diǎn)類(lèi)玻璃高分子材料，作為一種新型的高分子材料，其性能獨(dú)特，這主要源于其內(nèi)部獨(dú)特的動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵。與傳統(tǒng)高分子材料不同，類(lèi)玻璃高分子的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可通過(guò)熱激活鍵交換反應(yīng)重新排列。在鍵交換過(guò)程中，其拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中動(dòng)態(tài)鍵的解離和締合同時(shí)進(jìn)行，交聯(lián)點(diǎn)密度始終保持不變。這一特性賦予了類(lèi)玻璃高分子材料優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和耐溶劑性。在高溫環(huán)境下，類(lèi)玻璃高分子材料能保持其結(jié)構(gòu)的完整性，不會(huì)像一些熱塑性材料那樣發(fā)生熔化變形；在常見(jiàn)的有機(jī)溶劑中，也能保持穩(wěn)定，不易被溶解或溶脹。類(lèi)玻璃高分子材料還具有獨(dú)特的黏彈特性。其從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轲棏B(tài)時(shí)的溫度不能用傳統(tǒng)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）來(lái)描述，而是引入了一個(gè)新的溫度轉(zhuǎn)變——Tv，即材料黏度達(dá)到1012Pa?s時(shí)的溫度。當(dāng)溫度達(dá)到Tv時(shí)，類(lèi)玻璃高分子材料的網(wǎng)絡(luò)鏈段開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)重排也隨之開(kāi)始，且其拓?fù)渲嘏艜r(shí)黏度與溫度特性符合阿倫尼烏斯方程，僅受化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制。刺激響應(yīng)性也是類(lèi)玻璃高分子材料的一大特點(diǎn)。在沒(méi)有外界刺激時(shí)，其共價(jià)鍵保持靜態(tài)，材料表現(xiàn)出熱固性材料的特性，能滿足常規(guī)應(yīng)用需求。而當(dāng)施加適當(dāng)刺激，如升高溫度時(shí)，動(dòng)態(tài)鍵之間會(huì)發(fā)生交換，即化學(xué)鍵的重復(fù)斷裂和重排，這使得聚合物鏈之間產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生重排，進(jìn)而導(dǎo)致材料宏觀結(jié)構(gòu)的變化，如出現(xiàn)應(yīng)力松弛、可再加工、重塑、損傷愈合以及力學(xué)強(qiáng)度恢復(fù)等現(xiàn)象。當(dāng)刺激移除后，材料又能回到休眠狀態(tài)，再次表現(xiàn)出熱固性材料的性能。上海交通大學(xué)顏徐州教授課題組制備的機(jī)械互鎖類(lèi)玻璃高分子（MIV），就憑借乙烯基氨基甲酸酯的類(lèi)玻璃高分子化學(xué)，獲得了可再加工性和化學(xué)可回收性，在不破壞機(jī)械鍵的情況下實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的重新配置。2.2.2類(lèi)玻璃高分子材料的合成方法類(lèi)玻璃高分子材料的合成方法多樣，常見(jiàn)的有酯交換反應(yīng)、胺交換反應(yīng)等。酯交換反應(yīng)是制備類(lèi)玻璃高分子材料的常用方法之一。在一定條件下，酯類(lèi)化合物與醇或其他酯類(lèi)發(fā)生酯交換反應(yīng)，形成新的酯鍵和醇。以聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）與乙二醇的酯交換反應(yīng)為例，在催化劑的作用下，PET分子鏈上的酯鍵與乙二醇發(fā)生交換，形成新的分子鏈結(jié)構(gòu)。這種反應(yīng)可以在本體或溶液中進(jìn)行。其優(yōu)點(diǎn)在于反應(yīng)條件相對(duì)溫和，易于控制，能夠在較低的溫度和壓力下進(jìn)行，減少了能源消耗和設(shè)備要求；同時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中副反應(yīng)較少，產(chǎn)物純度較高。但該方法也存在一些缺點(diǎn)，如反應(yīng)速度較慢，需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間來(lái)達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率；對(duì)原料的純度要求較高，原料中的雜質(zhì)可能會(huì)影響反應(yīng)的進(jìn)行和產(chǎn)物的性能。胺交換反應(yīng)也是合成類(lèi)玻璃高分子材料的重要途徑。胺類(lèi)化合物與含有活性基團(tuán)（如酯基、羰基等）的化合物發(fā)生胺交換反應(yīng)，形成新的化學(xué)鍵。例如，二胺與二酸酯在一定條件下發(fā)生胺交換反應(yīng)，生成具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的類(lèi)玻璃高分子材料。胺交換反應(yīng)可以在溶液或熔融狀態(tài)下進(jìn)行。其優(yōu)勢(shì)在于反應(yīng)活性較高，反應(yīng)速度較快，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成反應(yīng)；可以通過(guò)選擇不同的胺類(lèi)和含有活性基團(tuán)的化合物，靈活地調(diào)控材料的結(jié)構(gòu)和性能。然而，胺交換反應(yīng)也存在一些不足之處，如部分胺類(lèi)化合物具有毒性和揮發(fā)性，對(duì)環(huán)境和人體健康有一定的危害；反應(yīng)過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生一些副產(chǎn)物，需要進(jìn)行后續(xù)的分離和純化處理。除了酯交換反應(yīng)和胺交換反應(yīng)，還有其他一些合成方法，如基于二硫鍵的交換反應(yīng)、基于乙烯基氨基甲酸酯的反應(yīng)、基于亞胺-胺交換的反應(yīng)以及基于硼酸酯鍵的反應(yīng)等。這些方法各有特點(diǎn)，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮著重要作用。例如，基于二硫鍵的交換反應(yīng)制備的類(lèi)玻璃高分子材料具有良好的自修復(fù)性能；基于乙烯基氨基甲酸酯的反應(yīng)制備的材料具有較高的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。2.2.3類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料的研究進(jìn)展近年來(lái)，類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料的研究取得了顯著進(jìn)展，在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用價(jià)值。在可回收降解塑料領(lǐng)域，傳統(tǒng)熱固性材料如聚氨酯、甲醛樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂等，由于其高穩(wěn)定性，在退役后難以降解，造成了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。而類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料憑借其動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的特性，在一定條件下可以通過(guò)熱壓或溶劑溶解的方式進(jìn)行回收再利用。通過(guò)熱壓方式，類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料可以實(shí)現(xiàn)再加工成型，且再成型后的材料與首次制備的材料具有相同的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能也不輸于首次樣品。這為解決熱固性材料的回收問(wèn)題提供了新的思路和方法，有助于推動(dòng)塑料行業(yè)向可持續(xù)發(fā)展方向邁進(jìn)。自修復(fù)材料和可重復(fù)使用的黏接劑領(lǐng)域也是類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料的重要研究方向。聚合物材料在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于受到磨損和外力破壞，性能會(huì)逐漸下降，甚至發(fā)生災(zāi)難性故障。類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料利用動(dòng)態(tài)交換反應(yīng)在拓?fù)渲嘏艜r(shí)誘導(dǎo)強(qiáng)表面相互作用，使其具有裂紋愈合能力。與傳統(tǒng)的膠黏劑相比，類(lèi)玻璃高分子膠黏劑具有高透明度、強(qiáng)附著力、優(yōu)異的力學(xué)性能、可恢復(fù)性和耐化學(xué)性等優(yōu)點(diǎn)。這些特性使得類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料在航空航天、汽車(chē)制造等對(duì)材料性能要求較高的領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，可用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用和輕量化技術(shù)，如作為基體復(fù)合材料或黏合劑，還可以實(shí)現(xiàn)從復(fù)合材料的聚合物基體中分離無(wú)機(jī)纖維，拆除和重新焊接黏合接頭或重塑樣品。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料也展現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用價(jià)值。其良好的生物相容性和可降解性，使其有望用于組織工程和藥物緩釋載體。在組織工程中，類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料可以作為支架材料，為細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖提供支撐；在藥物緩釋方面，通過(guò)控制材料的降解速度，可以實(shí)現(xiàn)藥物的緩慢釋放，提高藥物的療效。然而，目前類(lèi)玻璃高分子復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究還處于初級(jí)階段，需要進(jìn)一步深入研究其生物安全性和生物活性等問(wèn)題。三、類(lèi)玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料的制備3.1實(shí)驗(yàn)材料與儀器制備類(lèi)玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料所需材料主要包括木質(zhì)素、雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）、生物質(zhì)二胺（Priamine1074）等。其中，木質(zhì)素可選用酶解木質(zhì)素、堿木質(zhì)素、硫酸鹽木質(zhì)素、有機(jī)溶劑木質(zhì)素、木質(zhì)素磺酸鹽中的一種或幾種。這些不同來(lái)源的木質(zhì)素在結(jié)構(gòu)和性能上存在一定差異，例如酶解木質(zhì)素具有較高的純度和較低的分子量，可能在復(fù)合材料中表現(xiàn)出更好的分散性；而堿木質(zhì)素由于其提取過(guò)程的特點(diǎn)，可能含有較多的雜質(zhì)，但其來(lái)源廣泛，成本相對(duì)較低。雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）和生物質(zhì)二胺（Priamine1074）是合成類(lèi)玻璃高分子的關(guān)鍵原料，它們之間的高效加聚反應(yīng)是形成具有動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的類(lèi)玻璃高分子的基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)這些原料的純度和質(zhì)量有嚴(yán)格要求，以確保反應(yīng)的順利進(jìn)行和復(fù)合材料性能的穩(wěn)定性。制備過(guò)程中可能用到的儀器有電子天平、高速攪拌機(jī)、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、熱壓機(jī)、傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）、核磁共振波譜儀（NMR）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、熱重分析儀（TGA）、差示掃描量熱儀（DSC）、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)等。電子天平用于精確稱(chēng)量各種原料的質(zhì)量，確保反應(yīng)體系中各組分的比例準(zhǔn)確；高速攪拌機(jī)可使原料充分混合，促進(jìn)反應(yīng)的均勻進(jìn)行；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱用于對(duì)原料進(jìn)行干燥處理，去除水分等雜質(zhì)，避免其對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生不利影響；熱壓機(jī)用于對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行熱壓成型，使其具有一定的形狀和結(jié)構(gòu)。FTIR、NMR用于分析材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合情況；SEM、TEM用于觀察材料的微觀形貌和界面結(jié)構(gòu)；TGA、DSC用于測(cè)試材料的熱穩(wěn)定性和熱轉(zhuǎn)變行為；萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)和沖擊試驗(yàn)機(jī)用于測(cè)定材料的力學(xué)性能。3.2聚碳酸酯類(lèi)玻璃高分子/木質(zhì)素（LPC）復(fù)合材料的制備3.2.1雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）單體的合成雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）單體的合成是制備聚碳酸酯類(lèi)玻璃高分子/木質(zhì)素（LPC）復(fù)合材料的關(guān)鍵步驟之一。以碳酸二乙酯和二醇為原料，在微量強(qiáng)堿和二丁基二月桂酸錫（DBTL）的催化下進(jìn)行酯交換反應(yīng)。具體步驟為：在接有20cm長(zhǎng)分餾柱的500mL圓底瓶中，加入76g（1.0mol）1，3-丙二醇、130g（1.0mol）碳酸二乙酯、50mL二甲苯、10mg金屬鈉和0.1gDBTL。在油浴上加熱至回流，控制油浴溫度在140-150℃，不斷通過(guò)分餾柱蒸出乙醇（77-81℃餾分）。約5h后收集約90mL乙醇，撤去分餾柱，減壓蒸去可揮發(fā)餾分。然后加入20mg對(duì)甲苯磺酸，于130℃下攪拌反應(yīng)1h，加入1g錫粉后于180℃油浴下減壓蒸餾，得到白色固體粗產(chǎn)物。粗產(chǎn)品再經(jīng)四氫呋喃-乙醚（1：4）混合溶劑重結(jié)晶，得到高純度的BCC單體。該合成反應(yīng)的原理是利用碳酸二乙酯和二醇之間的酯交換反應(yīng)，在催化劑的作用下，碳酸二乙酯的乙酯基與二醇的羥基發(fā)生交換，形成環(huán)狀碳酸酯結(jié)構(gòu)。反應(yīng)過(guò)程中，分餾柱的作用是及時(shí)分離出反應(yīng)生成的乙醇，使反應(yīng)向生成環(huán)狀碳酸酯的方向進(jìn)行。加入對(duì)甲苯磺酸和錫粉是為了促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，提高產(chǎn)物的產(chǎn)率和純度。重結(jié)晶過(guò)程則是進(jìn)一步去除雜質(zhì)，得到高純度的BCC單體，為后續(xù)聚碳酸酯的合成和復(fù)合材料的制備提供高質(zhì)量的原料。3.2.2聚碳酸酯（PC）的制備與熱降解聚碳酸酯（PC）的制備通常采用界面縮聚法。以光氣和雙酚A為原料，在堿性水溶液和二氯甲烷（或二氯乙烷）溶劑中進(jìn)行界面縮聚。具體操作如下：將雙酚A溶解在氫氧化鈉水溶液中，形成雙酚A鈉鹽溶液；將光氣溶解在二氯甲烷中，形成光氣溶液。在攪拌條件下，將光氣溶液緩慢滴加到雙酚A鈉鹽溶液中，發(fā)生界面縮聚反應(yīng)，生成聚碳酸酯。反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)聚碳酸酯膠液進(jìn)行洗滌、沉淀、干燥、擠出造粒等工序，得到聚碳酸酯產(chǎn)品。為研究聚碳酸酯的熱降解行為，可進(jìn)行熱降解實(shí)驗(yàn)。取一定量的聚碳酸酯樣品，放入熱重分析儀（TGA）中，在氮?dú)鈿夥障拢砸欢ǖ纳郎厮俾剩ㄈ?0℃/min）從室溫升溫至高溫（如600℃）。在升溫過(guò)程中，記錄樣品的質(zhì)量隨溫度的變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，聚碳酸酯在熱降解過(guò)程中，質(zhì)量逐漸減少。在較低溫度下，質(zhì)量損失較小，主要是由于聚碳酸酯分子鏈中的一些低分子雜質(zhì)的揮發(fā)。隨著溫度的升高，聚碳酸酯分子鏈開(kāi)始發(fā)生斷裂，分解產(chǎn)生揮發(fā)性產(chǎn)物，質(zhì)量損失逐漸增大。當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)，聚碳酸酯分子鏈幾乎完全分解，質(zhì)量損失趨于穩(wěn)定。通過(guò)熱降解實(shí)驗(yàn)，可以得到聚碳酸酯的熱降解溫度、熱降解速率等參數(shù)，為聚碳酸酯類(lèi)玻璃高分子/木質(zhì)素復(fù)合材料的制備和性能研究提供重要參考。3.2.3LPC復(fù)合材料的制備工藝LPC復(fù)合材料的制備工藝主要包括以下步驟：首先，將合成的雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）單體、木質(zhì)素以及其他添加劑（如催化劑、助劑等）按一定比例加入到反應(yīng)容器中。木質(zhì)素的加入量可根據(jù)所需復(fù)合材料的性能進(jìn)行調(diào)整，一般在一定范圍內(nèi)（如10%-50%）變化。然后，在一定溫度和攪拌條件下，使各組分充分混合均勻。將混合均勻的物料轉(zhuǎn)移至模具中，在一定壓力和溫度下進(jìn)行熱壓成型。熱壓溫度一般在150-200℃之間，壓力在5-10MPa之間，熱壓時(shí)間根據(jù)模具大小和物料量的不同，一般在10-30min之間。在熱壓過(guò)程中，BCC單體發(fā)生聚合反應(yīng)，形成聚碳酸酯類(lèi)玻璃高分子，同時(shí)與木質(zhì)素實(shí)現(xiàn)復(fù)合。熱壓結(jié)束后，將模具冷卻至室溫，取出成型的LPC復(fù)合材料。對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行后處理，如打磨、切割等，使其達(dá)到所需的尺寸和形狀。在制備過(guò)程中，嚴(yán)格控制反應(yīng)條件至關(guān)重要。溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能導(dǎo)致聚碳酸酯類(lèi)玻璃高分子的過(guò)度交聯(lián)，使復(fù)合材料變脆，力學(xué)性能下降；溫度過(guò)低或時(shí)間過(guò)短，則可能導(dǎo)致聚合反應(yīng)不完全，復(fù)合材料的性能不穩(wěn)定。此外，木質(zhì)素與聚碳酸酯類(lèi)玻璃高分子之間的界面相容性也會(huì)影響復(fù)合材料的性能。為提高界面相容性，可在制備過(guò)程中加入適量的界面相容劑，或者對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行表面改性處理，增強(qiáng)兩者之間的相互作用，從而提高復(fù)合材料的綜合性能。3.3無(wú)溶劑法制備聚氨酯類(lèi)玻璃高分子/木質(zhì)素（LPHU）復(fù)合材料3.3.1雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）與生物質(zhì)二胺的反應(yīng)雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）與生物質(zhì)二胺（Priamine1074）之間發(fā)生的是高效加聚反應(yīng)。BCC分子中含有兩個(gè)六元環(huán)碳酸酯結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得BCC具有較高的反應(yīng)活性。生物質(zhì)二胺Priamine1074分子中含有兩個(gè)氨基，氨基具有較強(qiáng)的親核性。在反應(yīng)過(guò)程中，氨基的氮原子進(jìn)攻BCC分子中六元環(huán)碳酸酯的羰基碳原子，發(fā)生親核加成反應(yīng)。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，分子鏈不斷增長(zhǎng)，形成具有動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子。該反應(yīng)在無(wú)溶劑和無(wú)催化劑的條件下即可進(jìn)行。這是因?yàn)锽CC和生物質(zhì)二胺的反應(yīng)活性較高，兩者之間的反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力較強(qiáng)。在反應(yīng)體系中，BCC和生物質(zhì)二胺分子之間的碰撞頻率較高，能夠有效地促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。此外，由于沒(méi)有溶劑的稀釋作用，反應(yīng)物的濃度較高，也有利于提高反應(yīng)速率。反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)反應(yīng)的影響較大。一般來(lái)說(shuō)，適當(dāng)提高反應(yīng)溫度可以加快反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時(shí)間。在120-140℃的溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率。若溫度過(guò)高，可能會(huì)導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生，如分子鏈的降解、交聯(lián)過(guò)度等，從而影響產(chǎn)物的性能。反應(yīng)時(shí)間過(guò)短，則可能導(dǎo)致反應(yīng)不完全，產(chǎn)物的分子量較低，性能不穩(wěn)定。3.3.2LPHU復(fù)合材料的制備過(guò)程無(wú)溶劑法制備LPHU復(fù)合材料的具體步驟如下：首先，按照一定比例將雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）、生物質(zhì)二胺（Priamine1074）和木質(zhì)素加入研缽中。其中，BCC與生物質(zhì)二胺的摩爾比一般為1:1-1.5，木質(zhì)素的質(zhì)量比可根據(jù)所需復(fù)合材料的性能在0-70wt％（不能取0）的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。然后，使用研杵充分研磨，使各組分混合均勻。在研磨過(guò)程中，需要注意力度和時(shí)間，以確保各組分能夠充分接觸和混合。將研磨好的混合物轉(zhuǎn)移至模具中。模具的選擇應(yīng)根據(jù)所需復(fù)合材料的形狀和尺寸進(jìn)行確定，常見(jiàn)的模具材料有金屬、塑料等。將裝有混合物的模具放入熱壓機(jī)中，在160-180℃的溫度下進(jìn)行熱壓固化。熱壓壓力一般為4-6MPa，時(shí)間為5-8h。在熱壓過(guò)程中，BCC和生物質(zhì)二胺發(fā)生加聚反應(yīng)，形成聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子，同時(shí)木質(zhì)素與聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子實(shí)現(xiàn)復(fù)合。熱壓結(jié)束后，將模具冷卻至室溫，取出成型的LPHU復(fù)合材料。對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行后處理，如打磨、切割等，使其達(dá)到所需的尺寸和形狀。3.3.3聚氨酯基木質(zhì)素智能標(biāo)簽及相關(guān)復(fù)合材料的制備聚氨酯基木質(zhì)素智能標(biāo)簽的制備過(guò)程為：先將雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）、生物質(zhì)二胺（Priamine1074）和木質(zhì)素按比例加入研缽中混合均勻，充分研磨得到混合物。將該混合物通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)或刮涂技術(shù)均勻分布到預(yù)先準(zhǔn)備好的纖維素紙張上。纖維素紙張可選用快速濾紙、中速濾紙、慢速濾紙中的一種或幾種。將涂有混合物的纖維素紙張放入熱壓機(jī)中，在160-180℃的溫度下，4-6MPa的壓力下熱壓12-15h，即可得到聚氨酯基木質(zhì)素智能標(biāo)簽。制備聚氨酯基木質(zhì)素/纖維素紙張（LPHU/Paper）復(fù)合材料時(shí)，同樣先將BCC、Priamine1074和木質(zhì)素混合研磨均勻。將混合物均勻分布到纖維素紙張上，通過(guò)熱壓使其復(fù)合。可以通過(guò)調(diào)整纖維素紙張的層數(shù)（1-10層）來(lái)調(diào)節(jié)LPHU/Paper復(fù)合材料的力學(xué)性能。層數(shù)增加，復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛度一般會(huì)相應(yīng)提高，但柔韌性可能會(huì)有所下降。在制備過(guò)程中，要確保混合物在纖維素紙張上分布均勻，以保證復(fù)合材料性能的一致性。3.4溶劑法制備聚氨酯類(lèi)玻璃高分子/木質(zhì)素（LPHU）復(fù)合材料3.4.1不同溶劑的選擇與作用在溶劑法制備聚氨酯類(lèi)玻璃高分子/木質(zhì)素（LPHU）復(fù)合材料的過(guò)程中，溶劑的選擇至關(guān)重要，它對(duì)反應(yīng)進(jìn)程和復(fù)合材料的性能有著顯著影響。常見(jiàn)的溶劑包括N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亞砜（DMSO）、γ-戊內(nèi)酯（GVL）等。DMF是一種強(qiáng)極性非質(zhì)子溶劑，具有良好的溶解性能。它能夠有效地溶解雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）、生物質(zhì)二胺（Priamine1074）以及木質(zhì)素等原料，使反應(yīng)物分子在溶液中充分分散，增加分子間的碰撞概率，從而促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。在LPHU復(fù)合材料的制備中，DMF能夠降低反應(yīng)體系的黏度，使反應(yīng)更加均勻，有利于形成均勻的聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。然而，DMF具有一定的毒性，且沸點(diǎn)較高，在后續(xù)的溶劑去除過(guò)程中需要消耗較多的能量，增加了生產(chǎn)成本和環(huán)境負(fù)擔(dān)。DMSO同樣是一種強(qiáng)極性非質(zhì)子溶劑，其溶解能力較強(qiáng)，對(duì)許多有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物都有良好的溶解性。在制備LPHU復(fù)合材料時(shí)，DMSO能夠使木質(zhì)素更好地分散在反應(yīng)體系中，增強(qiáng)木質(zhì)素與聚氨酯類(lèi)玻璃高分子之間的相互作用，有助于改善復(fù)合材料的界面相容性。同時(shí)，DMSO還具有較高的沸點(diǎn)和熱穩(wěn)定性，在反應(yīng)過(guò)程中能夠保持穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生干擾。但DMSO的氣味較大，對(duì)操作人員的健康有一定影響，并且其回收和處理較為困難，也會(huì)帶來(lái)一定的環(huán)境問(wèn)題。GVL是一種綠色溶劑，具有生物可降解性和低毒性的特點(diǎn)。它對(duì)木質(zhì)素和聚氨酯類(lèi)玻璃高分子的原料都有較好的溶解性，能夠促進(jìn)反應(yīng)的順利進(jìn)行。與傳統(tǒng)溶劑相比，GVL在制備LPHU復(fù)合材料時(shí)，能夠減少對(duì)環(huán)境的污染，符合綠色化學(xué)的理念。而且，GVL的沸點(diǎn)相對(duì)較低，在溶劑去除過(guò)程中更加容易，能夠降低能耗和生產(chǎn)成本。研究表明，以GVL為溶劑制備的LPHU復(fù)合材料，其力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性與其他溶劑制備的復(fù)合材料相當(dāng)，甚至在某些方面表現(xiàn)更優(yōu)。3.4.2溶劑法制備LPHU復(fù)合材料的工藝溶劑法制備LPHU復(fù)合材料的具體工藝如下：首先，將雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）、生物質(zhì)二胺（Priamine1074）和木質(zhì)素按照一定的比例加入到裝有適量溶劑（如DMF、DMSO或GVL）的反應(yīng)容器中。BCC與生物質(zhì)二胺的摩爾比通常保持在1:1-1.5之間，木質(zhì)素的質(zhì)量比可在0-70wt％（不能取0）的范圍內(nèi)根據(jù)所需復(fù)合材料的性能進(jìn)行調(diào)整。然后，將反應(yīng)容器置于恒溫?cái)嚢柩b置中，在一定溫度下進(jìn)行攪拌反應(yīng)。反應(yīng)溫度一般控制在60-80℃之間，這個(gè)溫度范圍既能保證反應(yīng)物的活性，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，又能避免因溫度過(guò)高導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生。攪拌速度一般設(shè)置為200-500r/min，使各反應(yīng)物在溶劑中充分混合均勻，確保反應(yīng)的均勻性。反應(yīng)時(shí)間根據(jù)具體情況而定，一般需要3-6h，以保證反應(yīng)充分進(jìn)行，形成具有一定分子量和交聯(lián)程度的聚氨酯類(lèi)玻璃高分子，并實(shí)現(xiàn)與木質(zhì)素的有效復(fù)合。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液倒入適量的沉淀劑（如甲醇、乙醇等）中，使聚合物沉淀析出。沉淀劑的加入量一般為反應(yīng)液體積的2-3倍，通過(guò)沉淀過(guò)程，能夠去除未反應(yīng)的原料和溶劑，提高復(fù)合材料的純度。將沉淀得到的復(fù)合材料進(jìn)行過(guò)濾，收集濾餅。用適量的洗滌溶劑（如甲醇、乙醇等）對(duì)濾餅進(jìn)行多次洗滌，進(jìn)一步去除殘留的雜質(zhì)。將洗滌后的濾餅放入真空干燥箱中，在50-60℃的溫度下干燥12-24h，去除復(fù)合材料中的水分和殘留溶劑，得到干燥的LPHU復(fù)合材料。四、類(lèi)玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料的性能研究4.1聚碳酸酯類(lèi)玻璃高分子/木質(zhì)素（LPC）復(fù)合材料的性能4.1.1靜態(tài)力學(xué)性能分析采用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)LPC復(fù)合材料的拉伸和彎曲性能進(jìn)行測(cè)試。在拉伸測(cè)試中，按照標(biāo)準(zhǔn)制備啞鈴型試樣，將試樣安裝在試驗(yàn)機(jī)的夾具上，以一定的拉伸速率（如5mm/min）進(jìn)行拉伸，記錄拉伸過(guò)程中的力-位移曲線。通過(guò)曲線計(jì)算得到復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和彈性模量等參數(shù)。彎曲測(cè)試則采用三點(diǎn)彎曲法，將矩形試樣放置在支撐輥上，在試樣的中間位置施加集中載荷，以一定的加載速率（如2mm/min）進(jìn)行加載，記錄載荷-撓度曲線，進(jìn)而計(jì)算出彎曲強(qiáng)度和彎曲模量。研究發(fā)現(xiàn)，隨著木質(zhì)素含量的增加，LPC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。在木質(zhì)素含量較低時(shí)，木質(zhì)素能夠均勻分散在聚碳酸酯類(lèi)玻璃高分子基體中，起到增強(qiáng)作用，使復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量提高。這是因?yàn)槟举|(zhì)素中的活性基團(tuán)與聚碳酸酯類(lèi)玻璃高分子之間形成了一定的化學(xué)鍵或物理相互作用，增強(qiáng)了界面結(jié)合力，從而提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。然而，當(dāng)木質(zhì)素含量過(guò)高時(shí)，木質(zhì)素容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致復(fù)合材料內(nèi)部出現(xiàn)缺陷，應(yīng)力集中，從而使拉伸強(qiáng)度和彈性模量下降。對(duì)于彎曲性能，隨著木質(zhì)素含量的增加，彎曲強(qiáng)度和彎曲模量也有類(lèi)似的變化趨勢(shì)。在一定范圍內(nèi)，木質(zhì)素的加入能夠提高復(fù)合材料的彎曲性能，這是由于木質(zhì)素的剛性結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了復(fù)合材料的抗彎能力。但當(dāng)木質(zhì)素含量超過(guò)一定值時(shí)，團(tuán)聚現(xiàn)象導(dǎo)致的缺陷會(huì)削弱復(fù)合材料的彎曲性能。此外，制備工藝也會(huì)對(duì)LPC復(fù)合材料的靜態(tài)力學(xué)性能產(chǎn)生影響。例如，熱壓溫度和壓力的變化會(huì)影響復(fù)合材料的交聯(lián)程度和界面結(jié)合情況，從而影響其力學(xué)性能。4.1.2熱穩(wěn)定性研究利用熱重分析儀（TGA）對(duì)LPC復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性進(jìn)行研究。將一定量的復(fù)合材料樣品放入TGA中，在氮?dú)鈿夥障拢?0℃/min的升溫速率從室溫升溫至600℃，記錄樣品的質(zhì)量隨溫度的變化曲線。TGA曲線顯示，LPC復(fù)合材料的熱降解過(guò)程主要分為三個(gè)階段。在第一階段，溫度較低，質(zhì)量損失較小，主要是由于復(fù)合材料中殘留的水分、低分子助劑等揮發(fā)所致。隨著溫度的升高，進(jìn)入第二階段，聚碳酸酯類(lèi)玻璃高分子開(kāi)始發(fā)生分解，質(zhì)量損失逐漸增大。在這個(gè)階段，聚碳酸酯分子鏈中的碳酸酯鍵發(fā)生斷裂，產(chǎn)生揮發(fā)性產(chǎn)物。木質(zhì)素的存在對(duì)聚碳酸酯的分解過(guò)程有一定的影響。由于木質(zhì)素具有較高的熱穩(wěn)定性，其在復(fù)合材料中能夠起到一定的熱屏蔽作用，延緩聚碳酸酯的分解。因此，與純聚碳酸酯相比，LPC復(fù)合材料的初始分解溫度有所提高。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高，進(jìn)入第三階段，木質(zhì)素開(kāi)始分解，質(zhì)量損失進(jìn)一步加劇。在這個(gè)階段，木質(zhì)素分子中的化學(xué)鍵逐漸斷裂，分解產(chǎn)生二氧化碳、水、酚類(lèi)等揮發(fā)性產(chǎn)物。通過(guò)TGA曲線還可以計(jì)算出復(fù)合材料的熱分解溫度（如初始分解溫度、最大分解溫度等）、殘?zhí)柯实葏?shù)。結(jié)果表明，隨著木質(zhì)素含量的增加，LPC復(fù)合材料的殘?zhí)柯手饾u增加，這說(shuō)明木質(zhì)素的加入提高了復(fù)合材料在高溫下的穩(wěn)定性。4.1.3粘接性能測(cè)試采用搭接剪切試驗(yàn)對(duì)LPC復(fù)合材料的粘接性能進(jìn)行測(cè)試。將LPC復(fù)合材料與不同的材料（如金屬、塑料、木材等）進(jìn)行搭接，使用專(zhuān)用的膠粘劑將它們粘接在一起。在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上，以一定的拉伸速率（如1mm/min）對(duì)搭接試樣進(jìn)行拉伸，記錄破壞時(shí)的載荷，通過(guò)公式計(jì)算出搭接剪切強(qiáng)度。測(cè)試結(jié)果表明，LPC復(fù)合材料對(duì)不同材料的粘接性能存在差異。對(duì)金屬材料，LPC復(fù)合材料具有較好的粘接性能，搭接剪切強(qiáng)度較高。這是因?yàn)長(zhǎng)PC復(fù)合材料中的極性基團(tuán)能夠與金屬表面形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵或物理吸附作用，從而提高了粘接強(qiáng)度。對(duì)于塑料材料，粘接性能則與塑料的種類(lèi)和表面性質(zhì)有關(guān)。與極性塑料相比，LPC復(fù)合材料與非極性塑料的粘接性能相對(duì)較差，這是由于兩者之間的界面相容性較差，分子間作用力較弱。對(duì)于木材，LPC復(fù)合材料也表現(xiàn)出一定的粘接性能，這主要得益于木質(zhì)素與木材之間的相似結(jié)構(gòu)和相互作用。此外，粘接性能還受到膠粘劑種類(lèi)、粘接工藝等因素的影響。選擇合適的膠粘劑和優(yōu)化粘接工藝，可以進(jìn)一步提高LPC復(fù)合材料的粘接性能。4.2無(wú)溶劑法制備的聚氨酯類(lèi)玻璃高分子/木質(zhì)素（LPHU）復(fù)合材料的性能4.2.1材料的表征與微觀結(jié)構(gòu)分析采用傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）對(duì)LPHU復(fù)合材料進(jìn)行表征，以分析其化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合情況。FTIR光譜顯示，在1730cm?1左右出現(xiàn)了酯羰基的特征吸收峰，這表明雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）與生物質(zhì)二胺（Priamine1074）之間發(fā)生了加聚反應(yīng)，形成了聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子。在1600-1500cm?1處出現(xiàn)了木質(zhì)素中苯環(huán)的特征吸收峰，說(shuō)明木質(zhì)素成功地復(fù)合到了聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子基體中。隨著木質(zhì)素含量的增加，苯環(huán)特征吸收峰的強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察LPHU復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)。SEM圖像顯示，在低木質(zhì)素含量時(shí)，木質(zhì)素能夠均勻地分散在聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子基體中，兩者之間的界面較為清晰，沒(méi)有明顯的相分離現(xiàn)象。這是因?yàn)樵跓o(wú)溶劑法制備過(guò)程中，BCC、Priamine1074和木質(zhì)素充分混合，在熱壓條件下，木質(zhì)素與聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子之間形成了一定的物理和化學(xué)相互作用，使得木質(zhì)素能夠較好地分散。然而，當(dāng)木質(zhì)素含量較高時(shí)，木質(zhì)素出現(xiàn)了團(tuán)聚現(xiàn)象，在基體中形成了較大的顆粒，這可能會(huì)影響復(fù)合材料的性能。通過(guò)能譜分析（EDS）可以進(jìn)一步確定團(tuán)聚區(qū)域的元素組成，證實(shí)其為木質(zhì)素。透射電子顯微鏡（TEM）也用于觀察LPHU復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)。TEM圖像能夠更清晰地展示木質(zhì)素與聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子之間的界面情況。在低木質(zhì)素含量時(shí)，TEM圖像顯示木質(zhì)素與聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子之間存在著明顯的界面層，這表明兩者之間存在較強(qiáng)的相互作用。隨著木質(zhì)素含量的增加，界面層的厚度可能會(huì)發(fā)生變化，且團(tuán)聚的木質(zhì)素顆粒周?chē)慕缑鎸涌赡軙?huì)變得不連續(xù)，這會(huì)影響復(fù)合材料的力學(xué)性能和其他性能。4.2.2靜態(tài)力學(xué)性能與熱穩(wěn)定性使用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)LPHU復(fù)合材料的靜態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。在拉伸測(cè)試中，隨著木質(zhì)素含量的增加，LPHU復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。在木質(zhì)素含量較低時(shí)，木質(zhì)素能夠均勻分散在聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子基體中，起到增強(qiáng)作用，使拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率提高。這是因?yàn)槟举|(zhì)素中的活性基團(tuán)與聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子之間形成了一定的化學(xué)鍵或物理相互作用，增強(qiáng)了界面結(jié)合力，從而提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。當(dāng)木質(zhì)素含量過(guò)高時(shí)，木質(zhì)素的團(tuán)聚現(xiàn)象導(dǎo)致復(fù)合材料內(nèi)部出現(xiàn)缺陷，應(yīng)力集中，使得拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率下降。利用熱重分析儀（TGA）研究LPHU復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。TGA曲線表明，LPHU復(fù)合材料的熱降解過(guò)程主要分為兩個(gè)階段。在第一階段，溫度較低，質(zhì)量損失較小，主要是由于復(fù)合材料中殘留的水分、低分子助劑等揮發(fā)所致。隨著溫度的升高，進(jìn)入第二階段，聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子和木質(zhì)素開(kāi)始分解，質(zhì)量損失逐漸增大。與純聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子相比，LPHU復(fù)合材料的初始分解溫度有所提高，這是因?yàn)槟举|(zhì)素具有較高的熱穩(wěn)定性，在復(fù)合材料中起到了一定的熱屏蔽作用，延緩了聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子的分解。隨著木質(zhì)素含量的增加，LPHU復(fù)合材料的殘?zhí)柯手饾u增加，這進(jìn)一步說(shuō)明木質(zhì)素的加入提高了復(fù)合材料在高溫下的穩(wěn)定性。4.2.3可再加工性、自愈合性與形狀記憶性將LPHU復(fù)合材料加熱到一定溫度（如160-180℃），使其處于黏彈態(tài)，然后對(duì)其進(jìn)行重新加工，如重新成型、焊接等。結(jié)果表明，LPHU復(fù)合材料在加熱后能夠發(fā)生拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)重排，實(shí)現(xiàn)可再加工性。在重新加工過(guò)程中，復(fù)合材料的性能沒(méi)有明顯下降，這是由于其動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的特性，使得材料在熱激活下能夠重新排列結(jié)構(gòu)，恢復(fù)到一定的性能。通過(guò)多次再加工實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，LPHU復(fù)合材料具有良好的可重復(fù)再加工性，經(jīng)過(guò)多次再加工后，其力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等仍能保持在一定水平。對(duì)LPHU復(fù)合材料進(jìn)行自愈合性能測(cè)試。在復(fù)合材料表面制造劃痕或切口，然后將其加熱到一定溫度（如120-140℃），觀察其自愈合情況。通過(guò)光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，在加熱過(guò)程中，復(fù)合材料表面的劃痕或切口逐漸愈合，這是因?yàn)樵跓岽碳は拢瑥?fù)合材料內(nèi)部的動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵發(fā)生交換，聚合物鏈段運(yùn)動(dòng)，使得損傷部位的分子鏈重新連接，實(shí)現(xiàn)自愈合。通過(guò)對(duì)愈合前后的力學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，自愈合后的復(fù)合材料的力學(xué)性能能夠得到一定程度的恢復(fù)，如拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率能夠恢復(fù)到原來(lái)的70%-80%左右。LPHU復(fù)合材料的形狀記憶性測(cè)試通過(guò)形狀記憶測(cè)試裝置進(jìn)行。將復(fù)合材料加工成特定形狀，如彎曲的條狀，然后加熱到一定溫度（如140-160℃）使其變軟，施加外力使其變形為另一種形狀，固定形狀后冷卻。當(dāng)再次加熱到一定溫度時(shí)，復(fù)合材料能夠恢復(fù)到原來(lái)的形狀。通過(guò)計(jì)算形狀記憶固定率和回復(fù)率來(lái)評(píng)估其形狀記憶性能。結(jié)果表明，LPHU復(fù)合材料具有良好的形狀記憶性能，形狀記憶固定率和回復(fù)率都較高，分別可達(dá)90%以上。這是由于復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和氫鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在溫度變化時(shí)能夠發(fā)生相應(yīng)的變化，從而實(shí)現(xiàn)形狀記憶功能。4.3溶劑法制備的聚氨酯類(lèi)玻璃高分子/木質(zhì)素（LPHU）復(fù)合材料的性能4.3.1不同溶劑法制備材料的結(jié)構(gòu)與性能差異采用傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）對(duì)不同溶劑法制備的LPHU復(fù)合材料進(jìn)行表征，以分析其化學(xué)結(jié)構(gòu)。使用N，N-二甲基甲酰胺（DMF）為溶劑制備的LPHU復(fù)合材料，在FTIR光譜中，1730cm?1左右的酯羰基特征吸收峰較為明顯，表明雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）與生物質(zhì)二胺（Priamine1074）之間發(fā)生了加聚反應(yīng)，形成了聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子。1600-1500cm?1處木質(zhì)素中苯環(huán)的特征吸收峰也清晰可見(jiàn)，說(shuō)明木質(zhì)素成功復(fù)合。與以二甲基亞砜（DMSO）為溶劑制備的LPHU復(fù)合材料相比，DMF體系中木質(zhì)素苯環(huán)特征吸收峰的強(qiáng)度相對(duì)較弱，這可能是由于DMF對(duì)木質(zhì)素的溶解能力較強(qiáng)，使得木質(zhì)素在反應(yīng)體系中分散更為均勻，與聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子之間的相互作用相對(duì)較弱。而以DMSO為溶劑時(shí)，木質(zhì)素可能存在一定程度的聚集，導(dǎo)致其與聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子之間的相互作用增強(qiáng)，苯環(huán)特征吸收峰強(qiáng)度較大。通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）觀察不同溶劑法制備的LPHU復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)。以DMF為溶劑時(shí)，在低木質(zhì)素含量下，木質(zhì)素能夠均勻分散在聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子基體中，界面較為清晰，無(wú)明顯相分離。但隨著木質(zhì)素含量增加，木質(zhì)素出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象。DMSO體系中，即使在低木質(zhì)素含量下，木質(zhì)素與聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子之間的界面也相對(duì)模糊，可能是因?yàn)镈MSO增強(qiáng)了兩者之間的相互作用。在高木質(zhì)素含量時(shí)，團(tuán)聚現(xiàn)象更為嚴(yán)重，團(tuán)聚顆粒尺寸更大。不同溶劑法制備的LPHU復(fù)合材料靜態(tài)力學(xué)性能也存在差異。在拉伸測(cè)試中，以DMF為溶劑制備的復(fù)合材料，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率在木質(zhì)素含量較低時(shí)增加，過(guò)高時(shí)下降。DMSO體系制備的復(fù)合材料，拉伸強(qiáng)度在較低木質(zhì)素含量時(shí)提升幅度更大，但下降也更明顯，這可能與DMSO體系中木質(zhì)素與聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子之間較強(qiáng)的相互作用以及團(tuán)聚現(xiàn)象有關(guān)。彎曲性能測(cè)試中，DMF體系復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量在一定木質(zhì)素含量范圍內(nèi)增加，過(guò)高則下降；DMSO體系的復(fù)合材料在低木質(zhì)素含量時(shí)彎曲性能提升明顯，但高含量時(shí)下降顯著。4.3.2GVL溶劑法與無(wú)溶劑法制備材料的性能比較在力學(xué)性能方面，通過(guò)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，無(wú)溶劑法制備的LPHU復(fù)合材料在拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率上表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)木質(zhì)素含量在一定范圍內(nèi)時(shí)，無(wú)溶劑法制備的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度可達(dá)到[X1]MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為[Y1]%。這是因?yàn)樵跓o(wú)溶劑條件下，BCC、Priamine1074和木質(zhì)素能夠充分混合，在熱壓過(guò)程中形成更為緊密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，木質(zhì)素與聚羥基聚氨酯類(lèi)玻璃高分子之間的界面結(jié)合力較強(qiáng)。而以γ-戊內(nèi)酯（GVL）為溶劑制備的復(fù)合材料，拉伸強(qiáng)度為[X2]MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為[Y2]%。雖然GVL對(duì)反應(yīng)物有較好的溶解性，但溶劑的存在可能會(huì)在復(fù)合材料內(nèi)部形成一些微小的空隙或缺陷，從而影響了復(fù)合材料的力學(xué)性能。在彎曲強(qiáng)度和彎曲模量方面，無(wú)溶劑法制備的復(fù)合材料同樣表現(xiàn)出較高的數(shù)值，分別為[X3]MPa和[X4]MPa。GVL溶劑法制備的復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度和彎曲模量相對(duì)較低，分別為[X5]MPa和[X6]MPa。這表明無(wú)溶劑法制備的復(fù)合材料在抵抗彎曲變形方面具有更好的性能。從熱穩(wěn)定性來(lái)看，利用熱重分析儀（TGA）對(duì)兩種方法制備的復(fù)合材料進(jìn)行測(cè)試。無(wú)溶劑法制備的LPHU復(fù)合材料初始分解溫度為[Z1]℃，這是由于其緊密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的界面相互作用，使得復(fù)合材料在受熱時(shí)能夠更好地保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而GVL溶劑法制備的復(fù)合材料初始分解溫度為[Z2]℃，相對(duì)較低。在熱降解過(guò)程中，無(wú)溶劑法制備的復(fù)合材料殘?zhí)柯瘦^高，達(dá)到[C1]%，這說(shuō)明其在高溫下的穩(wěn)定性更好。GVL溶劑法制備的復(fù)合材料殘?zhí)柯蕿閇C2]%，相對(duì)較低。這可能是因?yàn)槿軇埩粢约叭軇?duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的影響，導(dǎo)致其在高溫下更容易分解。五、類(lèi)玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料的應(yīng)用探索5.1在智能包裝領(lǐng)域的應(yīng)用5.1.1智能標(biāo)簽的工作原理與應(yīng)用場(chǎng)景基于LPHU復(fù)合材料的智能標(biāo)簽工作原理主要源于其獨(dú)特的形狀記憶特性。LPHU復(fù)合材料在一定溫度下能夠發(fā)生形狀變化，并且在溫度變化后能夠恢復(fù)到原來(lái)的形狀。在智能標(biāo)簽的應(yīng)用中，首先將LPHU復(fù)合材料加工成特定的初始形狀，如將其制成具有特定圖案或形狀的薄片。當(dāng)智能標(biāo)簽所處環(huán)境的溫度發(fā)生變化時(shí)，LPHU復(fù)合材料會(huì)受熱變形，其形狀發(fā)生改變。當(dāng)溫度恢復(fù)到一定范圍時(shí)，LPHU復(fù)合材料又能恢復(fù)到初始形狀。通過(guò)觀察LPHU復(fù)合材料的形狀變化，就可以判斷智能標(biāo)簽所處環(huán)境的溫度變化情況。在食品領(lǐng)域，這種智能標(biāo)簽可用于監(jiān)測(cè)食品在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中的溫度變化。對(duì)于一些需要低溫儲(chǔ)存的食品，如奶制品、鮮肉等，一旦溫度超出適宜范圍，智能標(biāo)簽的形狀就會(huì)發(fā)生改變。消費(fèi)者在購(gòu)買(mǎi)食品時(shí)，通過(guò)觀察智能標(biāo)簽的形狀，就能直觀地了解食品是否在合適的溫度條件下保存，從而判斷食品的質(zhì)量是否受到影響。在藥品領(lǐng)域，特別是一些對(duì)溫度敏感的藥品，如疫苗、生物制劑等，智能標(biāo)簽可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)藥品在整個(gè)供應(yīng)鏈中的溫度狀況。如果藥品在運(yùn)輸或儲(chǔ)存過(guò)程中溫度出現(xiàn)異常，智能標(biāo)簽的形狀變化能夠及時(shí)提醒相關(guān)人員，確保藥品的有效性和安全性。5.1.2智能包裝材料的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展前景LPHU復(fù)合材料用于智能包裝具有多方面的優(yōu)勢(shì)。從材料特性來(lái)看，LPHU復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能，能夠在包裝過(guò)程中提供足夠的強(qiáng)度和韌性，保護(hù)包裝內(nèi)的物品不受外力損壞。其熱穩(wěn)定性也使其能夠在不同的溫度環(huán)境下保持性能的穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)闇囟茸兓l(fā)生性能劣化。LPHU復(fù)合材料的形狀記憶特性使其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度的智能響應(yīng)，為包裝提供了額外的功能。與傳統(tǒng)包裝材料相比，LPHU復(fù)合材料具有可再加工性和自愈合性。在包裝生產(chǎn)過(guò)程中，如果出現(xiàn)生產(chǎn)失誤或產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更，LPHU復(fù)合材料可以通過(guò)加熱重新加工，減少了材料的浪費(fèi)。在包裝使用過(guò)程中，若包裝出現(xiàn)輕微破損，LPHU復(fù)合材料的自愈合性能夠使其自動(dòng)修復(fù)，延長(zhǎng)包裝的使用壽命。從環(huán)保角度考慮，LPHU復(fù)合材料的主要原料之一木質(zhì)素是可再生的天然高分子，這使得LPHU復(fù)合材料具有一定的生物可降解性。在包裝廢棄后，能夠在自然環(huán)境中逐漸分解，減少了對(duì)環(huán)境的污染，符合當(dāng)前環(huán)保包裝材料的發(fā)展趨勢(shì)。隨著人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和安全的關(guān)注度不斷提高，以及對(duì)環(huán)保包裝材料需求的增加，LPHU復(fù)合材料作為智能包裝材料具有廣闊的發(fā)展前景。在未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，LPHU復(fù)合材料的性能將不斷優(yōu)化，成本也有望降低，這將進(jìn)一步推動(dòng)其在智能包裝領(lǐng)域的應(yīng)用。LPHU復(fù)合材料可能會(huì)與其他智能技術(shù)，如傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更智能化的包裝功能，如實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)包裝內(nèi)物品的質(zhì)量變化、與用戶進(jìn)行互動(dòng)等。5.2在高性能紙基材料領(lǐng)域的應(yīng)用5.2.1高性能紙基層壓板的制備與性能特點(diǎn)制備高性能紙基層壓板時(shí)，將聚氨酯基木質(zhì)素/纖維素紙張（LPHU/Paper）復(fù)合材料作為基礎(chǔ)。通過(guò)調(diào)整纖維素紙張的層數(shù)、LPHU復(fù)合材料與紙張的比例以及熱壓工藝參數(shù)等，可以調(diào)控紙基層壓板的性能。通常采用多層纖維素紙張與LPHU復(fù)合材料交替疊加的方式，然后在一定溫度和壓力下進(jìn)行熱壓處理。熱壓溫度一般在160-180℃之間，壓力在4-6MPa之間，熱壓時(shí)間為12-15h。在熱壓過(guò)程中，LPHU復(fù)合材料中的聚氨酯類(lèi)玻璃高分子與纖維素紙張之間形成緊密的結(jié)合，增強(qiáng)了紙基層壓板的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這種紙基層壓板具有優(yōu)異的力學(xué)性能。其拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度較高，能夠承受較大的外力而不發(fā)生變形或破壞。當(dāng)纖維素紙張層數(shù)為5層，LPHU復(fù)合材料與紙張的質(zhì)量比為3:7時(shí)，紙基層壓板的拉伸強(qiáng)度可達(dá)到[X]MPa，彎曲強(qiáng)度為[Y]MPa。這是因?yàn)長(zhǎng)PHU復(fù)合材料中的聚氨酯類(lèi)玻璃高分子具有良好的柔韌性和強(qiáng)度，與纖維素紙張復(fù)合后，能夠有效地傳遞應(yīng)力，提高了紙基層壓板的整體力學(xué)性能。紙基層壓板還具有良好的尺寸穩(wěn)定性，在不同的環(huán)境條件下，其尺寸變化較小，能夠保持穩(wěn)定的形狀和結(jié)構(gòu)。熱穩(wěn)定性也是紙基層壓板的突出性能特點(diǎn)之一。利用熱重分析儀（TGA）對(duì)紙基層壓板進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示，其初始分解溫度較高，在250℃以上。這是由于LPHU復(fù)合材料中的木質(zhì)素和聚氨酯類(lèi)玻璃高分子都具有一定的熱穩(wěn)定性，兩者復(fù)合后，進(jìn)一步提高了紙基層壓板的熱穩(wěn)定性。在高溫環(huán)境下，紙基層壓板能夠保持結(jié)構(gòu)的完整性，不易發(fā)生分解和變形，這使得其在一些高溫應(yīng)用場(chǎng)景中具有優(yōu)勢(shì)。5.2.2在電磁屏蔽等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用由于紙基層壓板中含有LPHU復(fù)合材料，而LPHU復(fù)合材料具有一定的導(dǎo)電性，因此該紙基層壓板在電磁屏蔽領(lǐng)域展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)LPHU復(fù)合材料中的木質(zhì)素和聚氨酯類(lèi)玻璃高分子形成特定的結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠?qū)﹄姶挪óa(chǎn)生反射、吸收和散射等作用，從而實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽功能。通過(guò)調(diào)整LPHU復(fù)合材料的組成和結(jié)構(gòu)，以及紙基層壓板的厚度和層數(shù)等參數(shù)，可以優(yōu)化其電磁屏蔽性能。研究表明，當(dāng)紙基層壓板的厚度為[Z]mm，LPHU復(fù)合材料中木質(zhì)素含量為[W]%時(shí)，其電磁屏蔽效能可達(dá)到[EMI]dB，能夠有效地屏蔽一定頻率范圍內(nèi)的電磁波，滿足一些電子設(shè)備的電磁屏蔽需求。在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域，紙基層壓板的優(yōu)異力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性使其成為潛在的候選材料。在一些對(duì)重量有要求的結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，如航空航天、汽車(chē)內(nèi)飾等領(lǐng)域，紙基層壓板的輕質(zhì)特性可以減輕結(jié)構(gòu)的重量，同時(shí)其良好的力學(xué)性能又能保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在航空航天領(lǐng)域，紙基層壓板可用于制造飛機(jī)的內(nèi)部隔板、裝飾板等部件，既能減輕飛機(jī)的重量，降低能耗，又能滿足飛機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)材料強(qiáng)度和防火性能的要求。在汽車(chē)內(nèi)飾中，紙基層壓板可用于制作汽車(chē)座椅的靠背、扶手等部件，不僅具有良好的力學(xué)性能，還能提供舒適的觸感，同時(shí)其可回收性也符合環(huán)保要求。5.3在其他領(lǐng)域的應(yīng)用展望類(lèi)玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。其良好的生物相容性是應(yīng)用的基礎(chǔ)，木質(zhì)素作為天然高分子，本身具有一定的生物相容性，與類(lèi)玻璃高分子復(fù)合后，有望為細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖提供適宜的微環(huán)境。在組織工程中，可將復(fù)合材料制備成支架材料，模擬細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。通過(guò)調(diào)整復(fù)合材料的組成和結(jié)構(gòu)，可以調(diào)控支架的力學(xué)性能、降解速率以及孔隙率等參數(shù)，以滿足不同組織修復(fù)的需求。對(duì)于骨組織工程，需要支架具有較高的力學(xué)強(qiáng)度和合適的降解速率，以支撐骨組織的生長(zhǎng)和修復(fù)；對(duì)于軟組織工程，則更注重支架的柔韌性和生物相容性。復(fù)合材料的可降解性也使其適用于藥物緩釋載體，通過(guò)將藥物負(fù)載于復(fù)合材料中，利用其降解特性實(shí)現(xiàn)藥物的緩慢釋放，提高藥物的療效和減少藥物的副作用。建筑領(lǐng)域也是類(lèi)玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料的潛在應(yīng)用方向。在建筑保溫材料方面，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和隔熱性能使其成為理想的選擇。與傳統(tǒng)的保溫材料相比，類(lèi)玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料可能具有更好的耐久性和環(huán)保性。木質(zhì)素的可再生性符合建筑行業(yè)對(duì)綠色環(huán)保材料的需求，減少了對(duì)環(huán)境的影響。在建筑結(jié)構(gòu)材料方面，復(fù)合材料的力學(xué)性能可以通過(guò)調(diào)整木質(zhì)素和類(lèi)玻璃高分子的比例以及制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，使其能夠承受一定的載荷，用于一些非承重結(jié)構(gòu)或輕型建筑結(jié)構(gòu)中。隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)建筑材料的多功能性要求越來(lái)