木质素基聚氨酯弹性体的制备及性能研究

聚氨酯是当今世界广泛利用的合成高分子材料,其反应原料之一的石油基多元醇高度依赖于石油资源。因此,有必要寻求一种生物质资源替代石油基多元醇,推动聚氨酯行业的可持续发展和“双碳”目标的实现。木质素作为自然界中仅次于纤维素的第二大可再生资源,储量十分丰富,其结构中含有大量羟基,为其用于聚CP-690550半抑制浓度氨酯的合成infectious ventriculitis提供了可能。木质素部分替代石油基多元醇,不仅能够降低生产成本,还可以提高聚氨酯材料的机械性能和生物性能(如抗菌性能)。木质素来源及种类丰富,其中酶解木质素主要来源于玉米秸秆生物提取乙醇的残渣,碱木质素主要来源于制浆造纸,我国秸秆产量巨大且造纸工业发达,因此促进酶解木质素和碱木质素的高效利用具有重大意义。但是由于木质素是三维立体网状大分子,结构复杂且空间位阻大,将其直接用于聚氨酯合成存在与异氰酸酯相容性差、反应效率低等问题。本论文的第二章针对酶解木质素和碱木质素反应活性低的问题,使用环氧丙烷对其进行改性。改性后两种木质素由粉末状固体转变为具有良好流动性的液体,酚羟基转化为反应活性更高的醇羟基,其中酶解木质素的醇羟基含量从3.099 mmol/g提高到6.591 mmol/g,碱木质素的醇羟基含量由9.080 mmol/g增至19.748 mmol/g。酶解木质素和碱木质素经过环氧丙烷改性后,与异氰酸酯的反应活性得到提高;侧链延长,分子量分布变窄,与异氰酸酯的相容性得到改善。本论文的第三章和第四章分别以改性酶解木质素和改性碱木质素为原料,替代部分聚醚多元醇,成功合成了木质素基聚氨酯弹性体,并且系统探究了木质素种类及其含量对聚氨酯弹性体微观结构和宏观性能的影响,其中:(1)聚氨酯弹性体的玻璃化转变温度随木质素含量的增加而提高。与未添加木质素的聚氨酯弹性体相比,当添加20 wt%改性酶解木质素时,聚氨酯弹性体的拉伸强度从10.4 MPa提高至20.5 MPa,断裂伸长率从Gefitinib molecular weight49%显著提高至249%;当添加10 wt%改性碱木质素时,聚氨酯弹性体的拉伸强度从14.0 MPa提高到16.7 MPa,两种改性木质素均可通过化学交联和氢键作用来提高聚氨酯弹性体的力学性能。(2)改性木质素可以提高聚氨酯弹性体的细胞相容性和抗菌性能。在不外加抗菌剂的前提下,木质素基聚氨酯弹性体自身具有优异的抗菌性能。当改性酶解木质素添加量不少于20 wt%时,聚氨酯弹性体对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抑制效果均达到99%以上,具有普适的抑菌效果;改性碱木质素制备的聚氨酯弹性体对上述三种细菌的抑制率至少为58%。此外,两种改性木质素的加入均可以降低聚氨酯弹性体的细胞毒性,有望应用于医用领域。