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  傳統(tǒng)的熱塑性彈性體（Thermoplastic Elastomer, TPE）生產(chǎn)技術(shù)難度大，成本高，抗熱氧老化和抗紫外老化性能不足，通常需要加入小分子的抗氧劑和光穩(wěn)定劑，存在噴霜、遷移、抽出等問(wèn)題，具有一定毒性且會(huì)造成環(huán)境污染。

  為降低對(duì)化石資源的依賴并減少環(huán)境污染，生物質(zhì)資源的高效利用越來(lái)越受到重視。木質(zhì)素可降解、無(wú)毒害、再生速度快，并且具有優(yōu)異的抗紫外輻射與抗老化性能。我國(guó)造紙和生物乙醇工業(yè)每年會(huì)產(chǎn)生超過(guò)2000萬(wàn)噸的工業(yè)木質(zhì)素，但98%以上的工業(yè)木質(zhì)素被直接燃燒，資源的有效利用率極低。華南理工大學(xué)邱學(xué)青教授領(lǐng)導(dǎo)的生物質(zhì)資源化工團(tuán)隊(duì)最近在木質(zhì)素/彈性體復(fù)合材料領(lǐng)域進(jìn)行了系列探索。團(tuán)隊(duì)前期研究中，在木質(zhì)素與三元乙丙橡膠（EPDM）復(fù)合材料的相界面間構(gòu)建動(dòng)態(tài)氫鍵作用，可同時(shí)大幅度提高復(fù)合材料的強(qiáng)度、模量、斷裂韌性（Macromol. Mater. Eng., 2019, 1800689）；將改性木質(zhì)素作為大分子硬段，在聚氨酯彈性泡沫中構(gòu)建動(dòng)態(tài)氫鍵作用，可明顯提高聚氨酯彈性泡沫的強(qiáng)度和彈性（Ind. Eng. Chem. Res., 2019, 58(1): 496-504）；團(tuán)隊(duì)還將少量金屬配位鍵引入到木質(zhì)素與丁腈橡膠的相界面中，可大幅度提高橡膠的強(qiáng)度和韌性，在木質(zhì)素替代50%的炭黑填料后，力學(xué)性能和高溫耐油性能明顯優(yōu)于純炭黑填料的橡膠（Polymers, 2018, 10, 1033）。

  在前期工作基礎(chǔ)上，針對(duì)熱塑性彈性體存在的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)最近以木質(zhì)素為塑料相，以非極性聚乙烯彈性體POE為橡膠相，制備了木質(zhì)素基熱塑性彈性體復(fù)合材料。通過(guò)在木質(zhì)素與POE相界面間構(gòu)建仿生能量犧牲鍵，有效促進(jìn)了木質(zhì)素粒子在POE中的分散，平均粒徑從3 μm降至300 nm，且提高了界面相容性，平均界面作用力從228 mN/m提高到425 mN/m，復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度和斷裂韌性比未構(gòu)建能量犧牲鍵的分別提高了60%和80%以上（圖7），首次實(shí)現(xiàn)了木質(zhì)素對(duì)非極性聚烯烴類材料既增強(qiáng)又增韌的效果。多層級(jí)的納米微相分離和動(dòng)態(tài)能量犧牲鍵作用是復(fù)合材料強(qiáng)度和韌性同時(shí)提高的原因。所得木質(zhì)素基熱塑性彈性體復(fù)合材料性能可滿足大部分現(xiàn)有TPE材料的使用要求。

  該技術(shù)方案利用綠色可降解的木質(zhì)素替代化石基熱塑性彈性體中的塑料相，制備新型木質(zhì)素基熱塑性彈性體復(fù)合材料。木質(zhì)素在復(fù)合材料中的作用既非填料，也非添加劑，而是具有抗紫外、抗老化功能的塑料相，不僅可以提高木質(zhì)素這一生物質(zhì)資源的附加值和利用率，而且能降低TPE的成本，并減少傳統(tǒng)小分子抗氧劑和光穩(wěn)定劑用量，推動(dòng)生物質(zhì)資源的高效利用及高分子材料的綠色化發(fā)展。該工作闡述了木質(zhì)素在綠色功能高分子材料設(shè)計(jì)及應(yīng)用中的特殊作用，為今后的生物質(zhì)/高分子復(fù)合材料的理性設(shè)計(jì)提供了借鑒。

  該研究成果“High Performance Thermoplastic Elastomers with Biomass Lignin as Plastic Phase”近期發(fā)表在ACS Sustainable Chem. Eng（IF=6.14），博士生黃錦浩為論文第一作者，邱學(xué)青教授和劉偉峰副研究員為論文共同通訊作者。

  該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金、廣州市科技計(jì)劃一般項(xiàng)目和重點(diǎn)項(xiàng)目、廣東省重點(diǎn)培育項(xiàng)目的資助。

  論文鏈接地址：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acssuschemeng.8b04936

  邱學(xué)青，華南理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任華南理工大學(xué)副校長(zhǎng)，獲國(guó)家自然科學(xué)杰出青年基金，獲“光華工程科技獎(jiǎng)”與“閔恩澤能源化工獎(jiǎng)杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”，入選國(guó)家新世紀(jì)“百千萬(wàn)人才工程”、南粵百杰，兼任中國(guó)化工學(xué)會(huì)理事、精細(xì)化工專業(yè)委員會(huì)副主任、廣東省化工學(xué)會(huì)執(zhí)行理事長(zhǎng)、生物質(zhì)化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任。由邱學(xué)青教授領(lǐng)銜的華南理工大學(xué)生物質(zhì)資源化工團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事生物質(zhì)資源-木質(zhì)素的基礎(chǔ)研究及開發(fā)利用，已有多項(xiàng)成果實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。團(tuán)隊(duì)曾獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2次，中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)3次，廣東省專利金獎(jiǎng)2次，廣東省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)1次等獎(jiǎng)勵(lì)；獲授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利73項(xiàng)；獲得美國(guó)授權(quán)專利2項(xiàng)；發(fā)表SCI/EI論文400余篇；出版專著1部。

  劉偉峰，華南理工大學(xué)副研究員，廣東省引進(jìn)高層次人才青年拔尖人才，目前從事生物質(zhì)/高分子復(fù)合材料、智能高分子、烯烴聚合反應(yīng)工程、特種工程塑料等領(lǐng)域的研究，在烯烴聚合反應(yīng)工程領(lǐng)域取得多項(xiàng)重要工業(yè)成果。

  相關(guān)論文鏈接：

  https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acssuschemeng.8b04936

  https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.iecr.8b05072

  https://www.mdpi.com/2073-4360/10/9/1033

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mame.201800689