麻纤维/聚合物生态材料微观尺度改性及界面结合机理研究

随着国际能源的日益紧缺、能源价格的不断攀升和环保压力的增大，天然麻纤维/聚合物生态材料成为一种满足节能、环保、可回收发展需要的新型运载工具内饰材料。然而，该类材料存在的天然麻纤维微观结构缺陷、性能的不稳定性、阻燃性差以及复合体系界面结合强度不高等问题一直未能很好解决。因此，本项目将围绕天然麻纤维极性、微观结构缺陷和阻燃改性，天然麻纤维与聚合物材料界面结合力的改善和提高，应用第一原理从原子、分子级微观尺度设计并研究麻纤维的复合改性分子结构及复合改性方法；仿真计算分析复合改性方法对麻纤维/聚合物生态材料界面的组成、微观结构和界面结合力的影响；同时研制麻纤维/改性复合体/聚合物内饰新材料，并研究其微观组成、结构、性能和制备工艺之间的理论关系，验证并完善理论计算，从微观尺度仿真计算和试验两方面研究并阐明麻纤维/改性复合体/聚合物界面结合机理并提出相应的界面调控理论和方法。

随着国际能源的日益紧缺、能源价格的不断攀升和环保压力的增大，天然麻纤维/聚合物生态材料成为一种满足节能、环保、可回收需要的新型运载工具内饰材料。然而，该类材料存在的天然麻纤维微观结构缺陷、性能的不稳定性、阻燃性差以及复合体系界面结合强度不高等问题一直未能很好解决。因此，本项目首先围绕天然麻纤维/聚合物生态材料现有问题, 应用第一原理和Materials Studio软件仿真研究了麻纤维/聚合物生态材料微观尺度改性作用动态过程和相互作用能垒，首次从原子、分子尺度阐明了麻纤维微观尺度改性作用机理以及改性麻纤维与聚合物界面微观作用形式与结合机理, 并从科学理论上证实了活性羟基（能够参与改性反应的羟基）低于纤维素理论计算羟值，从而发明了一种分析天然麻纤维中活性羟基含量的测试新方法---异氰酸酯基反滴定法（isocyanate group backtitration ，简称IBT方法)。在此基础上, 提出了一种新型的麻纤维复合改性工艺与方法，红外光谱分析（IR）、接触角测试、X射线衍射分析（XRD）、热重分析（TG）分析和扫描电镜分析（SEM）表明新的改性方法能在使麻纤维表面特性由亲水性转变为疏水性的同时，消除表面杂质和纤维微细结构缺陷，极大地提高纤维耐热性（由150度提高至250度），这种一体化改性效果是国内外任何现有麻纤维改性方法所不能实现的。项目研究并揭示了改性麻纤维/聚合物微观组成（不同纤维含量）、结构（不同纤维尺寸）、工艺（成型温度/压力和螺杆转速）与材料力学性能之间的理论规律，在此基础上优化了工艺参数并研制出了具有低成本、轻质、性优、节能环保和可回收利用等优势与特点的苎麻纤维/聚丙烯汽车新材料。项目研究有利于提升了我国汽车新材料的自主创新研发能力，为我国汽车工业的绿色制造和可持续制造提供科学依据和技术支撑。相关成果已获得授权国家发明专利2项，待出版著作2部，已在Carbohydrate Polymers和Carbohydrate Research等国内外高水平学术期刊发明学术论文SCI/ EI收录3篇，国际国内邀请学术报告3次。