离子液体对木质纤维材料同步热塑化和抗菌功能化改性

Lignocellulosic biomass in the form of plant represents the most abundant green and renewable resources on the earth. The transformation of lignocellulosic biomass into materials is blocked by the limited available processing techniques associated with the complex structure of the biomass. The thermoplastic modification of lignocellulosic biomass is one of the most promising techniques to transform the resource into novel materials. In the present project, 1-allyl-3-methylimidazolium chloride, DMSO/LiCl et al. will be used as lignocellulosic biomass solvents, and functional ionic liquids as dual plasticizers and antimicrobials to prepare thermoplastic bio-based films with antimicrobial functionality. The effect of ionic liquids on the structure and properties of lignocellulosic films will be studied. The interaction of ionic liquids with lignin, cellulose and hemicellulose will be studied to understand the plasticization effect of ionic liquids on lignocellulosic films. The migration model of ionic liquid leached from the lignocellulosic films will be studied to understand the antimicrobial effect of ionic liquids on lignocellulosic films. The researches will tell detail information on the mechanism of the thermoplasticization and antimicrobial functionalization of lignocellulosic biomass and provide novel strategies for the transformation of the resources into bio-based materials.

以植物形式存在的木质纤维是世界上最丰富的绿色可再生资源，由于细胞壁的复杂结构，导致难以加工成型，制约着木质纤维基生物质材料转化研究的发展。对木质纤维的热塑化改性是对其进行生物质材料转化利用的重要途径。本项目以1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、DMSO/LiCl等作为木质纤维溶剂，以功能化离子液体作为同步增塑剂和抗菌剂，采用溶液加工的方法，获得抗菌功能化木质纤维热塑性薄膜材料，研究离子液体对木质纤维新型材料结构与性能的调控规律。分别研究离子液体与木质素、纤维素以及半纤维素的相互作用，阐明离子液体对木质纤维增塑作用机理及其材料性能调控机理。研究木质纤维材料中，离子液体的迁移规律，阐明离子液体对木质纤维材料抗菌活性调控规律。本项目将阐明木质纤维同步热塑化以及功能化改性机理，为木质纤维基生物质材料转化提供新途径以及科学理论依据。

生物质细胞壁不熔不溶的特性为其高值化转化利用带来了巨大挑战。离子液体等生物质溶剂体系的发现为其直接转化利用提供了全新的途径。本项目研究了生物质组分在离子液体处理中的响应途径；研究了生物质全组分溶液加工成膜的可行性；研究了离子液体作为增塑剂与天然的分子的分子作用机制；研究了离子液体中生物质及其组分的化学改性。结果发现，离子液体由于具有多氢键作用点位因而不是天然大分子的良增塑剂体系；提出了以离子液体作为溶剂，使用溶液加工的方法，通过聚合物的添加，制了备基于生物质全组分的可降解薄膜材料。发现了1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐对生物质全组分双重溶剂和催化转酯化作用，获得了有机溶剂可以溶解的酯化生物质衍生物材料，并证实其材料性能可以与相应的纤维素酯材料相当。基于1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐的催化转酯化作用，提出了一种无溶剂纤维素全乙酰化工艺，与商业化的纤维素全乙酰化工艺相比，本工艺具有无酸的使用与生成，因而不会降解纤维素分子，能够获得材料力学性能更优的纤维素醋酸酯。