摘要
木质素是植物的主要有机组分，广泛存在于各类植物当中，也是地球上储量最高的可再生芳香类资源。作为纸浆造纸行业和生物精炼行业所产生的副产品，木质素极少部分会加工成工业产品，其余大部分都是作为燃料回收能源，这造成了极大资源浪费。木质素是一类三种环丙烷单体组成的无序三维结构，将其降解成小分子芳香烃是最具有价值的高值化方向之一，但是当前仍然停留在实验室阶段。因此，目前更常见的思路应用于复合材料，替代类似材料，与其他材料共混降低成本，但是这种方式无法体现出木质素自身的优势。如果进一步扩大木质素的高附加值应用，需要结合木质素本身的优势，必须寻找其他有效途径，才能真正为加快木质素的高值化进程。所以，本文有效的结合了木质素自身的光热转换特点和大量苯环结构优势，将木质素应用到形状记忆聚合物(SMP)领域，开发了系列木质素基光致形状记忆聚合物。本论文中直接采用了未经改性的酶解木质素(EL),制备了超高木质素含量的木质素基光致形状记忆聚合物(ELEP);基于酯化反应，制备了高强度木质素基光致形状记忆聚合物(ELID);基于动态共价键理论，进一步赋予了木质素基光致形状记忆聚合物循环利用的能力。具体工作和研究内容如下: (1)以来源于生物质炼制工业的酶解木质素为硬端，聚乙二醇作为软端，可环氧大豆油为固化剂，通过环氧基团与木质素及聚乙二醇羟基的开环反应，设计制备了一种高木质素含量、具有无序三维网络结构的光致形状记忆聚合物(ELEP)。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和凝胶含量实验对ELEP反应情况进行了表征;采用电子万能试验机、TG、DSC、DMA、光热实验和形状记忆实验对ELEP进行了性能测试，主要考察了不同比例木质素含量的ELEP的拉伸强度、热力学性能、光热性能和形状记忆性能。结果表明，酶解木质素质量最多可以达到60wt％,当酶解木质素含量为55wt％时，拉伸强度能达到30.8MPa,断裂伸长率达24.8％,具有较为不错的力学性能。在光致形状记忆测试中，8次循环测试ELEP50的形状固定率98％以上，形状恢复率98％以上，在2个太阳光(2000W/m2)辐照下，ELEP50在20s内可恢复到初始形状，表现出良好的光致形状记忆性能。 (2)为了进一步提高木质素基光致形状记忆聚合物的力学性能，采用酶解木质素开发了一种高强度木质素基光致形状记忆聚合物(ELID)。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和凝胶含量实验对ELID反应情况进行了表征;采用电子万能试验机、TG、DSC、DMA、光热实验和形状记忆实验对ELID进行了性能测试，主要考察了不同比例木质素含量的ELID的拉伸强度、热力学性能、光热性能和形状记忆性能。最大拉伸强度可达46.9MPa(ELID30),相比之前的工作提高了52％,而最大断裂伸长率可达93.7％(ELID20),断裂能可以达到10.75J·cm-3,本工作在力学性能上得到进一步提高。ELID的Rf和Rr都在ELID30分别达到了最大值98.7％和97.4％,60s完成光致形状记忆，并且提供了更宽的玻璃化转变温度范围(21.2℃-157.3℃),可以应用热敏性记忆薄膜。 (3)对酶解木质素进行了环氧化改性，制备了可循环的木质素基光致形状记忆聚合物(EELD)。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和凝胶含量实验对EELD反应情况进行了表征;采用电子万能试验机、旋转流变仪、TG、DSC、DMA、循环实验和形状记忆实验对EELD进行了性能测试，主要考察了不同比例木质素含量的EELD的拉伸强度、热力学性能、循环性能和形状记忆性能。相比于第三章工作，基本保持了木质素基光致形状记忆聚合物的抗拉伸性能(45.2MPa),并且EELD31的断裂能可以达到11.8Jcm-3,高于之前的工作，而且EELD21的断裂能可以达到15.7Jcm-3,相比于上一项工作提高了46％。这项工作中进一步测试了循环前后EELD的红外光谱和力学力学性能，结果显示EELD循环后具有较稳定的结构和性能。通过应力松弛实验，EELD31的活化能是142.2KJ/mol,可以应力松弛，具有可循环性。此外，虽然相比之前的工作，EELD损失了少许的热稳定性，但是更低的光强就可以达到条件温度，触发形状记忆。EELD31的形状记忆固定率(Rf)为99.0％,形状记忆恢复率(Rr)为97.9％,该性能相比上一章也得到了进一步的提升。
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