可熔融加工、全生物降解型纤维素接枝共聚物的合成与性能研究

纤维素材料的熔融加工是一个既有重要学术意义又有良好应用前景的课题，也是一项具有挑战性的课题。本课题拟以新型纤维素溶剂－离子液体为反应介质，采用新型高效的催化手段，探索直接在纤维素主链上接枝较长侧链的脂肪族聚酯的均相合成新方法，并系统考察这一类新型纤维素接枝共聚物的结构与性能之间的关系。预计将得到一系列以纤维素链为骨架的可全生物降解的高分子，其组成和结构能在较大范围内变化，进而赋予纤维素材料以新的性能。特别是，期望合成出可熔融加工且可全生物降解型纤维素接枝共聚物。通过本课题的实施，有望发展出高效均相合成纤维素接枝共聚物的一种新方法，丰富对纤维素接枝共聚物的结构与性能之间关系的认识，同时还可能得到一些兼具优良力学性能和良好加工性的新型全生物降解高分子材料，从而有效地拓宽纤维素材料的应用领域

本课题的目的是探索直接在纤维素主链上接枝较长侧链的脂肪族聚酯的均相合成新方法，希望得到可熔融加工的纤维素接枝脂肪族聚酯，为扩大纤维素的应用提供一种新的化学途径。首先以不同种类的纤维素作为原料，采用1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐为溶剂， 4-二甲基吡啶（DMAP）作催化剂，在捏合机中合成了纤维素接枝聚乳酸（Cellulose-g-PLA）。当Cellulose-g-PLA接枝共聚物中PLA含量超过 64%时，具有热塑性，可以熔融加工。但是由于PLA含量太高，Cellulose-g-PLA不能在大于60 ºC时使用。然后，以未改性的纤维素作为起始原料，先进行均相乙酰化反应，生成部分取代的纤维素乙酸酯，在不分离中间产物的情况下，接着进行催化接枝聚乳酸的反应，“一锅法”合成出了醋酸纤维素接枝聚乳酸（CA-g-PLA）。通过反应物的摩尔比可以控制产物结构。当产物中PLA的含量大于33%时，具有热塑性。CA-g-PLA在60~130ºC仍具有较好的机械性能。进一步研究发现，DMAP可以催化纤维素同时进行丙酰化和接枝聚乳酸两个反应，“一锅法”合成出纤维素丙酸酯接枝聚乳酸（CP-g-PLA）。在CP-g-PLA中PLA的含量超过27%时，产物便具有热塑性。因此，利用部分酯化能够实现对聚乳酸接枝密度和接枝链长的调控，并改变接枝产物的结构和性能。在离子液体中使用DMAP催化接枝聚乳酸是一种条件温和、反应高效、极具发展前途的纤维素改性新手段。