類玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料：制備工藝、性能特征與應(yīng)用前景探究

類玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料：制備工藝、性能特征與應(yīng)用前景探究一、引言1.1研究背景與意義在全球資源與環(huán)境問題日益嚴峻的當(dāng)下，木質(zhì)素作為自然界中儲量僅次于纖維素的第二大可再生天然高分子，其高效利用成為研究焦點。木質(zhì)素廣泛存在于植物細胞壁中，是針葉樹類、闊葉樹類和草類植物的基本化學(xué)組成之一，制漿造紙和生物煉制工業(yè)每年都會產(chǎn)生大量的木質(zhì)素。然而，目前超過95%的分離木質(zhì)素被當(dāng)作工業(yè)廢渣進行燃燒處理，這不僅造成了極大的資源浪費，還增加了CO2等溫室氣體的排放，對環(huán)境造成負面影響。因此，探索木質(zhì)素的高效利用途徑，對于緩解資源短缺和減輕環(huán)境污染具有重要意義。將木質(zhì)素與合成高分子復(fù)合制備木質(zhì)素基復(fù)合材料，是實現(xiàn)木質(zhì)素高值化利用的有效方法之一。一方面，木質(zhì)素的加入可以部分替代相對昂貴的石油基高分子材料，降低生產(chǎn)成本；另一方面，有助于減少木質(zhì)素燃燒對環(huán)境的影響，促進天然產(chǎn)物的循環(huán)利用，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。在眾多可與木質(zhì)素復(fù)合的高分子材料中，類玻璃高分子（Vitrimer）憑借其獨特的性能優(yōu)勢，成為研究熱點。類玻璃高分子是一類新型的高分子材料，它打破了傳統(tǒng)熱固性和熱塑性材料之間的界限。與熱固性材料相比，類玻璃高分子具有可通過熱激活鍵交換反應(yīng)重新排列網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的能力，使其在不失去永久交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的情況下，表現(xiàn)出應(yīng)力松弛、可再加工等動態(tài)特性；與熱塑性材料相比，類玻璃高分子又具有穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性。這些特性使得類玻璃高分子在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，如可回收降解塑料、自修復(fù)材料和可重復(fù)使用的黏接劑等領(lǐng)域。將木質(zhì)素與類玻璃高分子復(fù)合制備木質(zhì)素/類玻璃高分子復(fù)合材料，有望綜合兩者的優(yōu)點，開發(fā)出具有優(yōu)異性能和多功能的新型材料。一方面，木質(zhì)素的引入可以賦予復(fù)合材料新的性能，如生物可降解性、生物相容性、抗氧化性等；另一方面，類玻璃高分子的動態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以提高復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和可加工性。此外，這種復(fù)合材料還具有可回收、可再加工的特性，符合當(dāng)前對環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展材料的需求。然而，目前木質(zhì)素/類玻璃高分子復(fù)合材料的研究仍處于起步階段，在制備方法、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系、性能優(yōu)化等方面還存在諸多問題亟待解決。例如，木質(zhì)素與類玻璃高分子之間的界面相容性較差，導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能和其他性能難以充分發(fā)揮；傳統(tǒng)的制備方法往往需要使用大量的溶劑和催化劑，不僅增加了生產(chǎn)成本，還對環(huán)境造成一定的污染；對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究還不夠深入，難以實現(xiàn)對材料性能的精準調(diào)控等。本研究旨在通過深入研究木質(zhì)素/類玻璃高分子復(fù)合材料的制備方法、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，開發(fā)出綠色高效的制備工藝，制備出具有優(yōu)異性能和多功能的木質(zhì)素/類玻璃高分子復(fù)合材料。具體而言，本研究將圍繞以下幾個方面展開：一是探索新型的無溶劑或低溶劑制備方法，減少對環(huán)境的影響；二是研究木質(zhì)素與類玻璃高分子之間的界面相互作用，通過化學(xué)改性等方法提高界面相容性；三是系統(tǒng)研究復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，揭示其性能形成機制；四是對復(fù)合材料的性能進行優(yōu)化，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。通過本研究，期望為木質(zhì)素基復(fù)合材料的綠色高效制備以及高值化利用提供新的途徑和理論依據(jù)，推動木質(zhì)素資源的可持續(xù)發(fā)展，同時也為類玻璃高分子材料的應(yīng)用拓展提供新的思路和方法。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來，隨著可持續(xù)發(fā)展理念的深入，木質(zhì)素基復(fù)合材料的研究受到廣泛關(guān)注，國內(nèi)外學(xué)者在木質(zhì)素/類玻璃高分子復(fù)合材料領(lǐng)域取得了一定的研究進展，主要集中在制備方法、性能研究以及應(yīng)用探索等方面。在制備方法上，傳統(tǒng)的制備方法常涉及復(fù)雜的化學(xué)改性和大量溶劑的使用。例如，早期將木質(zhì)素與高分子復(fù)合時，需要對木質(zhì)素進行繁瑣的化學(xué)改性處理，以增強其與基體樹脂之間的界面相互作用，同時在復(fù)合和材料成型過程中會使用高極性高沸點溶劑，后續(xù)還需進行溶劑回收，這不僅增加了制備成本，還對環(huán)境不友好。為解決這些問題，國內(nèi)外研究人員開始探索新型的制備方法。陜西科技大學(xué)趙偉教授課題組利用雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）和生物質(zhì)二胺（Priamine1074）之間的高效加聚反應(yīng)，在不使用任何溶劑和催化劑且無需對木質(zhì)素進行化學(xué)改性預(yù)處理的條件下，一步法實現(xiàn)了具有動態(tài)共價鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的聚氨酯類玻璃高分子的原位合成以及其與木質(zhì)素的高效復(fù)合，成功開發(fā)出木質(zhì)素/類玻璃高分子綠色智能復(fù)合材料（LPHU）。這種無溶劑法制備工藝綠色環(huán)保，為木質(zhì)素/類玻璃高分子復(fù)合材料的制備提供了新的思路，有望降低生產(chǎn)成本，推動該類復(fù)合材料的工業(yè)化生產(chǎn)。在性能研究方面，眾多研究聚焦于木質(zhì)素/類玻璃高分子復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、自愈合性、形狀記憶性等性能。在力學(xué)性能上，有研究表明，木質(zhì)素的加入會在一定程度上影響復(fù)合材料的拉伸強度和斷裂伸長率，但通過優(yōu)化制備工藝和調(diào)控木質(zhì)素與類玻璃高分子的比例，可以改善復(fù)合材料的力學(xué)性能。在熱穩(wěn)定性方面，木質(zhì)素的引入可以提高復(fù)合材料的熱分解溫度，增強其熱穩(wěn)定性。如一些研究通過熱重分析（TGA）等手段，詳細研究了不同木質(zhì)素含量的復(fù)合材料在不同溫度下的熱降解行為，發(fā)現(xiàn)隨著木質(zhì)素含量的增加，復(fù)合材料的初始分解溫度和最大分解溫度均有所提高。自愈合性和形狀記憶性是類玻璃高分子材料的獨特性能，將木質(zhì)素與類玻璃高分子復(fù)合后，復(fù)合材料依然能夠保持這些性能。陜西科技大學(xué)團隊開發(fā)的LPHU復(fù)合材料就展現(xiàn)出極好的形狀記憶特性和超快的自愈合特性，這使得該材料在智能材料領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。在應(yīng)用探索方面，木質(zhì)素/類玻璃高分子復(fù)合材料展現(xiàn)出了在多個領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。在包裝領(lǐng)域，利用其形狀記憶特性開發(fā)的智能包裝標簽，可用于食品、藥品、疫苗等溫度敏感性商品運輸環(huán)境溫度的監(jiān)測以及熱歷史的追蹤。在電子領(lǐng)域，將LPHU的預(yù)聚物制備成特殊的油墨，利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在天然纖維素紙張上和導(dǎo)電油墨進行疊印制備的LPHU紙基預(yù)聚片，不僅可用于構(gòu)筑柔性傳感器件用于人體運動監(jiān)測，而且多層疊加簡單熱壓后，可實現(xiàn)高性能紙基電磁屏蔽材料的高效制備。此外，該復(fù)合材料還在生物醫(yī)學(xué)、建筑等領(lǐng)域展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景，如在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，其生物相容性和可降解性使其有望用于組織工程和藥物緩釋載體；在建筑領(lǐng)域，其良好的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性可用于制備建筑保溫材料和結(jié)構(gòu)材料等。盡管國內(nèi)外在木質(zhì)素/類玻璃高分子復(fù)合材料的研究上取得了一定成果，但目前該領(lǐng)域仍處于發(fā)展階段，在木質(zhì)素與類玻璃高分子的界面相容性、復(fù)合材料性能的精準調(diào)控以及大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等方面還面臨諸多挑戰(zhàn)，需要進一步深入研究。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究聚焦于類玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料，從制備方法、性能探究、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系以及應(yīng)用探索等方面展開系統(tǒng)研究，具體內(nèi)容如下：木質(zhì)素/類玻璃高分子復(fù)合材料的制備：深入探索無溶劑或低溶劑制備方法，以陜西科技大學(xué)趙偉教授課題組利用雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）和生物質(zhì)二胺（Priamine1074）之間的高效加聚反應(yīng)制備木質(zhì)素/類玻璃高分子綠色智能復(fù)合材料（LPHU）為參考，研究不同反應(yīng)條件，如反應(yīng)溫度、時間、反應(yīng)物比例等對聚合反應(yīng)以及木質(zhì)素與類玻璃高分子復(fù)合效果的影響。同時，嘗試引入其他新型的反應(yīng)體系或添加劑，進一步優(yōu)化制備工藝，提高復(fù)合材料的性能和制備效率。木質(zhì)素與類玻璃高分子的界面相互作用：采用化學(xué)改性、添加界面相容劑等方法，改善木質(zhì)素與類玻璃高分子之間的界面相容性。利用紅外光譜（FTIR）、核磁共振（NMR）等手段，深入分析木質(zhì)素與類玻璃高分子之間的化學(xué)鍵合情況和分子間相互作用；通過掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）觀察復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，直觀地了解界面形態(tài)和相分布，從而揭示界面相互作用對復(fù)合材料性能的影響機制。復(fù)合材料的性能研究：全面測試復(fù)合材料的力學(xué)性能（拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度等）、熱穩(wěn)定性（熱重分析TGA、差示掃描量熱法DSC）、自愈合性（自愈合效率測試、微觀結(jié)構(gòu)觀察）、形狀記憶性（形狀記憶固定率和回復(fù)率測試）等性能。系統(tǒng)研究木質(zhì)素含量、類玻璃高分子結(jié)構(gòu)、制備工藝等因素對復(fù)合材料各項性能的影響規(guī)律，建立性能與結(jié)構(gòu)、制備工藝之間的關(guān)聯(lián)模型，為復(fù)合材料的性能優(yōu)化提供理論依據(jù)。復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系：借助X射線衍射（XRD）、小角X射線散射（SAXS）等技術(shù)，深入研究復(fù)合材料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、分子鏈排列等微觀結(jié)構(gòu)特征；利用動態(tài)力學(xué)分析（DMA）研究復(fù)合材料在不同溫度和頻率下的動態(tài)力學(xué)性能，進一步探討結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。基于實驗結(jié)果，運用分子動力學(xué)模擬等方法，從分子層面揭示復(fù)合材料的性能形成機制，為材料的設(shè)計和性能調(diào)控提供理論指導(dǎo)。復(fù)合材料的應(yīng)用探索：依據(jù)復(fù)合材料的性能特點，探索其在包裝、電子、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。在包裝領(lǐng)域，開發(fā)基于復(fù)合材料形狀記憶特性的智能包裝標簽，研究其對溫度敏感性商品運輸環(huán)境溫度監(jiān)測的準確性和可靠性；在電子領(lǐng)域，制備基于復(fù)合材料的柔性傳感器件，測試其對人體運動監(jiān)測的靈敏度和穩(wěn)定性；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，評估復(fù)合材料的生物相容性和可降解性，探索其作為組織工程支架和藥物緩釋載體的可行性。1.3.2研究方法實驗法：通過一系列的實驗操作來制備木質(zhì)素/類玻璃高分子復(fù)合材料，并對其性能進行測試。在制備過程中，嚴格控制實驗條件，如反應(yīng)溫度、時間、反應(yīng)物比例等，以確保實驗結(jié)果的準確性和可重復(fù)性。例如，在探索無溶劑法制備復(fù)合材料時，按照特定的比例將雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）、生物質(zhì)二胺（Priamine1074）和木質(zhì)素混合，在不同的溫度和時間條件下進行反應(yīng)，觀察反應(yīng)過程和產(chǎn)物的特性。測試表征法：運用各種先進的測試技術(shù)對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進行表征。利用FTIR、NMR等光譜分析技術(shù)確定材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合情況；通過SEM、TEM等顯微鏡技術(shù)觀察材料的微觀形貌和界面結(jié)構(gòu)；采用TGA、DSC等熱分析技術(shù)測試材料的熱穩(wěn)定性和熱轉(zhuǎn)變行為；運用拉伸試驗機、沖擊試驗機等力學(xué)測試設(shè)備測定材料的力學(xué)性能；通過自愈合效率測試裝置和形狀記憶測試裝置評估材料的自愈合性和形狀記憶性等。對比分析法：設(shè)置不同的實驗組，對比不同制備方法、不同木質(zhì)素含量、不同類玻璃高分子結(jié)構(gòu)等因素對復(fù)合材料性能的影響。例如，分別采用無溶劑法和溶劑法制備聚氨酯類玻璃高分子/木質(zhì)素（LPHU）復(fù)合材料，對比兩種方法制備的復(fù)合材料在力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等方面的差異；制備不同木質(zhì)素含量的復(fù)合材料，對比分析木質(zhì)素含量對復(fù)合材料各項性能的影響規(guī)律，從而找出最佳的制備工藝和材料配方。二、相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1木質(zhì)素概述2.1.1木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)特性木質(zhì)素是一種廣泛存在于植物體中的無定形的、分子結(jié)構(gòu)中含有氧代苯丙醇或其衍生物結(jié)構(gòu)單元，通過醚鍵和碳-碳鍵相互連接形成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的生物高分子。按照所含結(jié)構(gòu)單元的不同，可將其分為紫丁香基木質(zhì)素（S-木質(zhì)素）、愈瘡木基木質(zhì)素（G-木質(zhì)素）和對羥基苯基木質(zhì)素（H-木質(zhì)素）三種類型。原木木質(zhì)素是一種白色或接近無色的不溶性固體物質(zhì)，而通常見到的木質(zhì)素顏色在淺黃色和深褐色之間，相對密度為1.35-1.50，在水或大部分有機溶劑中均不溶解，具有較高的熱值，燃燒熱一般大于100kJ/g。木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其分子主要由C、H、O三種元素組成。它共有愈創(chuàng)木基結(jié)構(gòu)、紫丁香基結(jié)構(gòu)和對羥苯基結(jié)構(gòu)這3種基本的非縮合型結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)單元之間以醚鍵和碳-碳鍵聯(lián)接，聯(lián)接部位可發(fā)生在苯環(huán)酚羥基之間、結(jié)構(gòu)單元中三個碳原子之間或是苯環(huán)側(cè)鏈之間。在天然結(jié)構(gòu)中，單元間最主要的聯(lián)接方式是β-O-4和α-O-4，約占50%左右，其他有代表性的聯(lián)接鍵型還有β-5、β-1、5-5等。工業(yè)木質(zhì)素絕大部分源于制漿造紙工業(yè)的蒸煮廢液，實際上是木質(zhì)素大分子降解形成的小的碎片和各種碎片縮合物的一種混合物，其分子量范圍在1000-20000之間的約占45%，20000-50000之間約占50%，保留有原本木質(zhì)素的大分子骨架和基本的功能基團，如酚羥基、醇羥基、羰基、羧基、甲氧基、共軛雙鍵等。這些功能基團或化學(xué)鍵，以及酚型和非酚型的芳香環(huán)，賦予了木質(zhì)素良好的化學(xué)反應(yīng)活性，可進行接枝改性等多種化學(xué)反應(yīng)。這種復(fù)雜的酚類高分子結(jié)構(gòu)對木質(zhì)素的性能和反應(yīng)活性產(chǎn)生了重要影響。一方面，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使得木質(zhì)素具有較高的剛性和穩(wěn)定性，使其在植物細胞壁中起到增強細胞壁和保護植物體的作用；另一方面，豐富的活性基團為木質(zhì)素參與各種化學(xué)反應(yīng)提供了可能，然而，由于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和大分子的多分散性，其反應(yīng)活性位點的可及性存在差異，導(dǎo)致在化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)出不均一性，這也在一定程度上限制了木質(zhì)素的有效利用。例如，在與其他高分子材料復(fù)合時，木質(zhì)素與基體之間的界面相容性較差，難以形成良好的結(jié)合，影響復(fù)合材料的性能。此外，木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中的醚鍵和碳-碳鍵在一些條件下相對穩(wěn)定，使得木質(zhì)素的降解和改性較為困難，需要采用合適的方法來打破這些化學(xué)鍵，實現(xiàn)對木質(zhì)素結(jié)構(gòu)和性能的調(diào)控。2.1.2木質(zhì)素的化學(xué)改性方法為了克服木質(zhì)素自身性能的局限性，提高其在復(fù)合材料等領(lǐng)域的應(yīng)用效果，常采用化學(xué)改性的方法對木質(zhì)素進行處理。常見的化學(xué)改性方法包括氧化、磺化、?；?，以下闡述其作用原理。氧化改性：通過氧化劑的作用，使木質(zhì)素分子中的某些基團發(fā)生氧化反應(yīng)。例如，木質(zhì)素分子中的酚羥基可以被氧化為醌式結(jié)構(gòu)，羰基可以被進一步氧化為羧基等。氧化改性能夠改變木質(zhì)素的電子云分布和分子極性，從而影響其化學(xué)活性和物理性能。在木質(zhì)素與其他聚合物復(fù)合時，氧化改性后的木質(zhì)素可能由于引入了更多的極性基團，與極性聚合物的相容性得到提高。此外，氧化反應(yīng)還可能導(dǎo)致木質(zhì)素分子鏈的斷裂或交聯(lián)，進而改變其分子量和分子結(jié)構(gòu)，對其性能產(chǎn)生影響。比如，適當(dāng)?shù)难趸梢越档湍举|(zhì)素的分子量，使其更易于參與化學(xué)反應(yīng)；而過度氧化則可能導(dǎo)致分子鏈過度交聯(lián)，使木質(zhì)素變得脆性增加?；腔男裕褐饕ɑ腔突羌谆磻?yīng)。磺化反應(yīng)通常是在高溫下，將木質(zhì)素與Na?SO?等磺化劑反應(yīng)，使木質(zhì)素側(cè)鏈上引進磺酸基，得到水溶性好的產(chǎn)品。如馬濤等進行堿木素磺化試驗，在特定的Na?SO?用量、NaOH與Na?SO?重量比、液比、反應(yīng)最高溫度和保溫時間條件下，成功實現(xiàn)堿木素磺化?；羌谆磻?yīng)則是木質(zhì)素先經(jīng)羥甲基化，即在堿性介質(zhì)中，其苯環(huán)上的游離酚羥基與甲醛反應(yīng)引入羥甲基，然后在一定條件下與Na?SO?、NaHSO?或者SO?發(fā)生苯環(huán)的磺甲基化反應(yīng)?；腔男钥梢燥@著提高木質(zhì)素的水溶性和表面活性。在混凝土減水劑等應(yīng)用中，磺化木質(zhì)素能夠降低水泥顆粒之間的表面張力，使水泥顆粒更好地分散在水中，從而提高混凝土的工作性能和強度。?；男裕菏抢悯；瘎┡c木質(zhì)素分子中的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，引入?；?。常用的酰化劑有酸酐、酰氯等。通過?；男?，木質(zhì)素分子中的羥基被?；〈?，改變了其分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。?；蟮哪举|(zhì)素由于引入了疏水性的?；鶊F，其疏水性增強，這在一些需要改善木質(zhì)素與疏水性聚合物相容性的應(yīng)用中具有重要意義。例如，在制備木質(zhì)素/塑料復(fù)合材料時，酰化改性后的木質(zhì)素與塑料基體的相容性更好，能夠提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和加工性能。同時，酰化反應(yīng)還可以在一定程度上保護木質(zhì)素分子中的羥基，減少其在后續(xù)反應(yīng)中的副反應(yīng)。2.1.3木質(zhì)素在復(fù)合材料中的應(yīng)用現(xiàn)狀木質(zhì)素作為一種天然高分子材料，具有可再生、可生物降解、無毒等優(yōu)點，在復(fù)合材料領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。目前，木質(zhì)素已被廣泛應(yīng)用于制備多種類型的復(fù)合材料，如木質(zhì)素/塑料復(fù)合材料、木質(zhì)素/橡膠復(fù)合材料、木質(zhì)素基纖維增強復(fù)合材料等。在木質(zhì)素/塑料復(fù)合材料方面，通過將木質(zhì)素與聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸等塑料復(fù)合，可以部分替代石油基塑料，降低成本，同時賦予復(fù)合材料一些新的性能，如生物可降解性、生物相容性、抗氧化性等。例如，將木質(zhì)素與聚乳酸復(fù)合制備的復(fù)合材料，不僅提高了聚乳酸的韌性和熱穩(wěn)定性，還使其具有更好的生物降解性，在包裝、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。在木質(zhì)素/橡膠復(fù)合材料中，木質(zhì)素可以作為橡膠的補強劑和填充劑。研究表明，木質(zhì)素的加入能夠提高橡膠的拉伸強度、硬度和耐磨性等性能。如將木質(zhì)素修飾層狀雙氫氧化物（Lignin-LDH）與丁苯橡膠（SBR）通過熔融共混制備復(fù)合材料，硫化數(shù)據(jù)表明，Lignin-LDH能提高SBR的硫化速度，且隨著分散劑木質(zhì)素用量的增加，復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著增強。在木質(zhì)素基纖維增強復(fù)合材料中，木質(zhì)素可以與纖維素纖維、玻璃纖維等復(fù)合，制備高強度的復(fù)合材料，用于建筑、汽車等領(lǐng)域。例如，以木質(zhì)素為基體，添加纖維素纖維制備的復(fù)合材料，具有較高的強度和模量，可用于制造建筑模板、家具等產(chǎn)品。然而，當(dāng)前木質(zhì)素在復(fù)合材料中的應(yīng)用仍存在一些問題。首先，木質(zhì)素與基體之間的界面相容性較差，導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能和其他性能難以充分發(fā)揮。其次，木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)和性能受原料來源和提取方法的影響較大，不同來源和提取方法得到的木質(zhì)素在分子量、官能團含量、分子結(jié)構(gòu)等方面存在差異，這給木質(zhì)素在復(fù)合材料中的應(yīng)用帶來了一定的困難。此外，木質(zhì)素的化學(xué)穩(wěn)定性較高，在一些應(yīng)用中難以降解，可能會對環(huán)境造成潛在的影響。2.2類玻璃高分子材料概述2.2.1類玻璃高分子材料的性能特點類玻璃高分子材料，作為一種新型的高分子材料，其性能獨特，這主要源于其內(nèi)部獨特的動態(tài)共價鍵。與傳統(tǒng)高分子材料不同，類玻璃高分子的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)可通過熱激活鍵交換反應(yīng)重新排列。在鍵交換過程中，其拓撲網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)鍵的解離和締合同時進行，交聯(lián)點密度始終保持不變。這一特性賦予了類玻璃高分子材料優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和耐溶劑性。在高溫環(huán)境下，類玻璃高分子材料能保持其結(jié)構(gòu)的完整性，不會像一些熱塑性材料那樣發(fā)生熔化變形；在常見的有機溶劑中，也能保持穩(wěn)定，不易被溶解或溶脹。類玻璃高分子材料還具有獨特的黏彈特性。其從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轲棏B(tài)時的溫度不能用傳統(tǒng)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）來描述，而是引入了一個新的溫度轉(zhuǎn)變——Tv，即材料黏度達到1012Pa?s時的溫度。當(dāng)溫度達到Tv時，類玻璃高分子材料的網(wǎng)絡(luò)鏈段開始運動，拓撲網(wǎng)絡(luò)重排也隨之開始，且其拓撲重排時黏度與溫度特性符合阿倫尼烏斯方程，僅受化學(xué)動力學(xué)控制。刺激響應(yīng)性也是類玻璃高分子材料的一大特點。在沒有外界刺激時，其共價鍵保持靜態(tài)，材料表現(xiàn)出熱固性材料的特性，能滿足常規(guī)應(yīng)用需求。而當(dāng)施加適當(dāng)刺激，如升高溫度時，動態(tài)鍵之間會發(fā)生交換，即化學(xué)鍵的重復(fù)斷裂和重排，這使得聚合物鏈之間產(chǎn)生運動，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生重排，進而導(dǎo)致材料宏觀結(jié)構(gòu)的變化，如出現(xiàn)應(yīng)力松弛、可再加工、重塑、損傷愈合以及力學(xué)強度恢復(fù)等現(xiàn)象。當(dāng)刺激移除后，材料又能回到休眠狀態(tài)，再次表現(xiàn)出熱固性材料的性能。上海交通大學(xué)顏徐州教授課題組制備的機械互鎖類玻璃高分子（MIV），就憑借乙烯基氨基甲酸酯的類玻璃高分子化學(xué)，獲得了可再加工性和化學(xué)可回收性，在不破壞機械鍵的情況下實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的重新配置。2.2.2類玻璃高分子材料的合成方法類玻璃高分子材料的合成方法多樣，常見的有酯交換反應(yīng)、胺交換反應(yīng)等。酯交換反應(yīng)是制備類玻璃高分子材料的常用方法之一。在一定條件下，酯類化合物與醇或其他酯類發(fā)生酯交換反應(yīng)，形成新的酯鍵和醇。以聚對苯二甲酸乙二酯（PET）與乙二醇的酯交換反應(yīng)為例，在催化劑的作用下，PET分子鏈上的酯鍵與乙二醇發(fā)生交換，形成新的分子鏈結(jié)構(gòu)。這種反應(yīng)可以在本體或溶液中進行。其優(yōu)點在于反應(yīng)條件相對溫和，易于控制，能夠在較低的溫度和壓力下進行，減少了能源消耗和設(shè)備要求；同時，反應(yīng)過程中副反應(yīng)較少，產(chǎn)物純度較高。但該方法也存在一些缺點，如反應(yīng)速度較慢，需要較長的反應(yīng)時間來達到較高的轉(zhuǎn)化率；對原料的純度要求較高，原料中的雜質(zhì)可能會影響反應(yīng)的進行和產(chǎn)物的性能。胺交換反應(yīng)也是合成類玻璃高分子材料的重要途徑。胺類化合物與含有活性基團（如酯基、羰基等）的化合物發(fā)生胺交換反應(yīng)，形成新的化學(xué)鍵。例如，二胺與二酸酯在一定條件下發(fā)生胺交換反應(yīng)，生成具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的類玻璃高分子材料。胺交換反應(yīng)可以在溶液或熔融狀態(tài)下進行。其優(yōu)勢在于反應(yīng)活性較高，反應(yīng)速度較快，能夠在較短的時間內(nèi)完成反應(yīng)；可以通過選擇不同的胺類和含有活性基團的化合物，靈活地調(diào)控材料的結(jié)構(gòu)和性能。然而，胺交換反應(yīng)也存在一些不足之處，如部分胺類化合物具有毒性和揮發(fā)性，對環(huán)境和人體健康有一定的危害；反應(yīng)過程中可能會產(chǎn)生一些副產(chǎn)物，需要進行后續(xù)的分離和純化處理。除了酯交換反應(yīng)和胺交換反應(yīng)，還有其他一些合成方法，如基于二硫鍵的交換反應(yīng)、基于乙烯基氨基甲酸酯的反應(yīng)、基于亞胺-胺交換的反應(yīng)以及基于硼酸酯鍵的反應(yīng)等。這些方法各有特點，在不同的應(yīng)用場景中發(fā)揮著重要作用。例如，基于二硫鍵的交換反應(yīng)制備的類玻璃高分子材料具有良好的自修復(fù)性能；基于乙烯基氨基甲酸酯的反應(yīng)制備的材料具有較高的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。2.2.3類玻璃高分子復(fù)合材料的研究進展近年來，類玻璃高分子復(fù)合材料的研究取得了顯著進展，在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用價值。在可回收降解塑料領(lǐng)域，傳統(tǒng)熱固性材料如聚氨酯、甲醛樹脂和環(huán)氧樹脂等，由于其高穩(wěn)定性，在退役后難以降解，造成了資源浪費和環(huán)境污染。而類玻璃高分子復(fù)合材料憑借其動態(tài)共價鍵的特性，在一定條件下可以通過熱壓或溶劑溶解的方式進行回收再利用。通過熱壓方式，類玻璃高分子復(fù)合材料可以實現(xiàn)再加工成型，且再成型后的材料與首次制備的材料具有相同的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能也不輸于首次樣品。這為解決熱固性材料的回收問題提供了新的思路和方法，有助于推動塑料行業(yè)向可持續(xù)發(fā)展方向邁進。自修復(fù)材料和可重復(fù)使用的黏接劑領(lǐng)域也是類玻璃高分子復(fù)合材料的重要研究方向。聚合物材料在長期使用過程中，由于受到磨損和外力破壞，性能會逐漸下降，甚至發(fā)生災(zāi)難性故障。類玻璃高分子復(fù)合材料利用動態(tài)交換反應(yīng)在拓撲重排時誘導(dǎo)強表面相互作用，使其具有裂紋愈合能力。與傳統(tǒng)的膠黏劑相比，類玻璃高分子膠黏劑具有高透明度、強附著力、優(yōu)異的力學(xué)性能、可恢復(fù)性和耐化學(xué)性等優(yōu)點。這些特性使得類玻璃高分子復(fù)合材料在航空航天、汽車制造等對材料性能要求較高的領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，可用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用和輕量化技術(shù)，如作為基體復(fù)合材料或黏合劑，還可以實現(xiàn)從復(fù)合材料的聚合物基體中分離無機纖維，拆除和重新焊接黏合接頭或重塑樣品。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，類玻璃高分子復(fù)合材料也展現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用價值。其良好的生物相容性和可降解性，使其有望用于組織工程和藥物緩釋載體。在組織工程中，類玻璃高分子復(fù)合材料可以作為支架材料，為細胞的生長和增殖提供支撐；在藥物緩釋方面，通過控制材料的降解速度，可以實現(xiàn)藥物的緩慢釋放，提高藥物的療效。然而，目前類玻璃高分子復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究還處于初級階段，需要進一步深入研究其生物安全性和生物活性等問題。三、類玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料的制備3.1實驗材料與儀器制備類玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料所需材料主要包括木質(zhì)素、雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）、生物質(zhì)二胺（Priamine1074）等。其中，木質(zhì)素可選用酶解木質(zhì)素、堿木質(zhì)素、硫酸鹽木質(zhì)素、有機溶劑木質(zhì)素、木質(zhì)素磺酸鹽中的一種或幾種。這些不同來源的木質(zhì)素在結(jié)構(gòu)和性能上存在一定差異，例如酶解木質(zhì)素具有較高的純度和較低的分子量，可能在復(fù)合材料中表現(xiàn)出更好的分散性；而堿木質(zhì)素由于其提取過程的特點，可能含有較多的雜質(zhì)，但其來源廣泛，成本相對較低。雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）和生物質(zhì)二胺（Priamine1074）是合成類玻璃高分子的關(guān)鍵原料，它們之間的高效加聚反應(yīng)是形成具有動態(tài)共價鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的類玻璃高分子的基礎(chǔ)。在實驗中，對這些原料的純度和質(zhì)量有嚴格要求，以確保反應(yīng)的順利進行和復(fù)合材料性能的穩(wěn)定性。制備過程中可能用到的儀器有電子天平、高速攪拌機、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、熱壓機、傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）、核磁共振波譜儀（NMR）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、熱重分析儀（TGA）、差示掃描量熱儀（DSC）、萬能材料試驗機、沖擊試驗機等。電子天平用于精確稱量各種原料的質(zhì)量，確保反應(yīng)體系中各組分的比例準確；高速攪拌機可使原料充分混合，促進反應(yīng)的均勻進行；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱用于對原料進行干燥處理，去除水分等雜質(zhì)，避免其對反應(yīng)產(chǎn)生不利影響；熱壓機用于對復(fù)合材料進行熱壓成型，使其具有一定的形狀和結(jié)構(gòu)。FTIR、NMR用于分析材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合情況；SEM、TEM用于觀察材料的微觀形貌和界面結(jié)構(gòu)；TGA、DSC用于測試材料的熱穩(wěn)定性和熱轉(zhuǎn)變行為；萬能材料試驗機和沖擊試驗機用于測定材料的力學(xué)性能。3.2聚碳酸酯類玻璃高分子/木質(zhì)素（LPC）復(fù)合材料的制備3.2.1雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）單體的合成雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）單體的合成是制備聚碳酸酯類玻璃高分子/木質(zhì)素（LPC）復(fù)合材料的關(guān)鍵步驟之一。以碳酸二乙酯和二醇為原料，在微量強堿和二丁基二月桂酸錫（DBTL）的催化下進行酯交換反應(yīng)。具體步驟為：在接有20cm長分餾柱的500mL圓底瓶中，加入76g（1.0mol）1，3-丙二醇、130g（1.0mol）碳酸二乙酯、50mL二甲苯、10mg金屬鈉和0.1gDBTL。在油浴上加熱至回流，控制油浴溫度在140-150℃，不斷通過分餾柱蒸出乙醇（77-81℃餾分）。約5h后收集約90mL乙醇，撤去分餾柱，減壓蒸去可揮發(fā)餾分。然后加入20mg對甲苯磺酸，于130℃下攪拌反應(yīng)1h，加入1g錫粉后于180℃油浴下減壓蒸餾，得到白色固體粗產(chǎn)物。粗產(chǎn)品再經(jīng)四氫呋喃-乙醚（1：4）混合溶劑重結(jié)晶，得到高純度的BCC單體。該合成反應(yīng)的原理是利用碳酸二乙酯和二醇之間的酯交換反應(yīng)，在催化劑的作用下，碳酸二乙酯的乙酯基與二醇的羥基發(fā)生交換，形成環(huán)狀碳酸酯結(jié)構(gòu)。反應(yīng)過程中，分餾柱的作用是及時分離出反應(yīng)生成的乙醇，使反應(yīng)向生成環(huán)狀碳酸酯的方向進行。加入對甲苯磺酸和錫粉是為了促進反應(yīng)的進行，提高產(chǎn)物的產(chǎn)率和純度。重結(jié)晶過程則是進一步去除雜質(zhì)，得到高純度的BCC單體，為后續(xù)聚碳酸酯的合成和復(fù)合材料的制備提供高質(zhì)量的原料。3.2.2聚碳酸酯（PC）的制備與熱降解聚碳酸酯（PC）的制備通常采用界面縮聚法。以光氣和雙酚A為原料，在堿性水溶液和二氯甲烷（或二氯乙烷）溶劑中進行界面縮聚。具體操作如下：將雙酚A溶解在氫氧化鈉水溶液中，形成雙酚A鈉鹽溶液；將光氣溶解在二氯甲烷中，形成光氣溶液。在攪拌條件下，將光氣溶液緩慢滴加到雙酚A鈉鹽溶液中，發(fā)生界面縮聚反應(yīng)，生成聚碳酸酯。反應(yīng)結(jié)束后，對聚碳酸酯膠液進行洗滌、沉淀、干燥、擠出造粒等工序，得到聚碳酸酯產(chǎn)品。為研究聚碳酸酯的熱降解行為，可進行熱降解實驗。取一定量的聚碳酸酯樣品，放入熱重分析儀（TGA）中，在氮氣氣氛下，以一定的升溫速率（如10℃/min）從室溫升溫至高溫（如600℃）。在升溫過程中，記錄樣品的質(zhì)量隨溫度的變化情況。實驗結(jié)果顯示，聚碳酸酯在熱降解過程中，質(zhì)量逐漸減少。在較低溫度下，質(zhì)量損失較小，主要是由于聚碳酸酯分子鏈中的一些低分子雜質(zhì)的揮發(fā)。隨著溫度的升高，聚碳酸酯分子鏈開始發(fā)生斷裂，分解產(chǎn)生揮發(fā)性產(chǎn)物，質(zhì)量損失逐漸增大。當(dāng)溫度達到一定值時，聚碳酸酯分子鏈幾乎完全分解，質(zhì)量損失趨于穩(wěn)定。通過熱降解實驗，可以得到聚碳酸酯的熱降解溫度、熱降解速率等參數(shù)，為聚碳酸酯類玻璃高分子/木質(zhì)素復(fù)合材料的制備和性能研究提供重要參考。3.2.3LPC復(fù)合材料的制備工藝LPC復(fù)合材料的制備工藝主要包括以下步驟：首先，將合成的雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）單體、木質(zhì)素以及其他添加劑（如催化劑、助劑等）按一定比例加入到反應(yīng)容器中。木質(zhì)素的加入量可根據(jù)所需復(fù)合材料的性能進行調(diào)整，一般在一定范圍內(nèi)（如10%-50%）變化。然后，在一定溫度和攪拌條件下，使各組分充分混合均勻。將混合均勻的物料轉(zhuǎn)移至模具中，在一定壓力和溫度下進行熱壓成型。熱壓溫度一般在150-200℃之間，壓力在5-10MPa之間，熱壓時間根據(jù)模具大小和物料量的不同，一般在10-30min之間。在熱壓過程中，BCC單體發(fā)生聚合反應(yīng)，形成聚碳酸酯類玻璃高分子，同時與木質(zhì)素實現(xiàn)復(fù)合。熱壓結(jié)束后，將模具冷卻至室溫，取出成型的LPC復(fù)合材料。對復(fù)合材料進行后處理，如打磨、切割等，使其達到所需的尺寸和形狀。在制備過程中，嚴格控制反應(yīng)條件至關(guān)重要。溫度過高或時間過長，可能導(dǎo)致聚碳酸酯類玻璃高分子的過度交聯(lián)，使復(fù)合材料變脆，力學(xué)性能下降；溫度過低或時間過短，則可能導(dǎo)致聚合反應(yīng)不完全，復(fù)合材料的性能不穩(wěn)定。此外，木質(zhì)素與聚碳酸酯類玻璃高分子之間的界面相容性也會影響復(fù)合材料的性能。為提高界面相容性，可在制備過程中加入適量的界面相容劑，或者對木質(zhì)素進行表面改性處理，增強兩者之間的相互作用，從而提高復(fù)合材料的綜合性能。3.3無溶劑法制備聚氨酯類玻璃高分子/木質(zhì)素（LPHU）復(fù)合材料3.3.1雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）與生物質(zhì)二胺的反應(yīng)雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）與生物質(zhì)二胺（Priamine1074）之間發(fā)生的是高效加聚反應(yīng)。BCC分子中含有兩個六元環(huán)碳酸酯結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得BCC具有較高的反應(yīng)活性。生物質(zhì)二胺Priamine1074分子中含有兩個氨基，氨基具有較強的親核性。在反應(yīng)過程中，氨基的氮原子進攻BCC分子中六元環(huán)碳酸酯的羰基碳原子，發(fā)生親核加成反應(yīng)。隨著反應(yīng)的進行，分子鏈不斷增長，形成具有動態(tài)共價鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的聚羥基聚氨酯類玻璃高分子。該反應(yīng)在無溶劑和無催化劑的條件下即可進行。這是因為BCC和生物質(zhì)二胺的反應(yīng)活性較高，兩者之間的反應(yīng)驅(qū)動力較強。在反應(yīng)體系中，BCC和生物質(zhì)二胺分子之間的碰撞頻率較高，能夠有效地促進反應(yīng)的進行。此外，由于沒有溶劑的稀釋作用，反應(yīng)物的濃度較高，也有利于提高反應(yīng)速率。反應(yīng)溫度和時間對反應(yīng)的影響較大。一般來說，適當(dāng)提高反應(yīng)溫度可以加快反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時間。在120-140℃的溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)能夠在較短的時間內(nèi)達到較高的轉(zhuǎn)化率。若溫度過高，可能會導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生，如分子鏈的降解、交聯(lián)過度等，從而影響產(chǎn)物的性能。反應(yīng)時間過短，則可能導(dǎo)致反應(yīng)不完全，產(chǎn)物的分子量較低，性能不穩(wěn)定。3.3.2LPHU復(fù)合材料的制備過程無溶劑法制備LPHU復(fù)合材料的具體步驟如下：首先，按照一定比例將雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）、生物質(zhì)二胺（Priamine1074）和木質(zhì)素加入研缽中。其中，BCC與生物質(zhì)二胺的摩爾比一般為1:1-1.5，木質(zhì)素的質(zhì)量比可根據(jù)所需復(fù)合材料的性能在0-70wt％（不能取0）的范圍內(nèi)進行調(diào)整。然后，使用研杵充分研磨，使各組分混合均勻。在研磨過程中，需要注意力度和時間，以確保各組分能夠充分接觸和混合。將研磨好的混合物轉(zhuǎn)移至模具中。模具的選擇應(yīng)根據(jù)所需復(fù)合材料的形狀和尺寸進行確定，常見的模具材料有金屬、塑料等。將裝有混合物的模具放入熱壓機中，在160-180℃的溫度下進行熱壓固化。熱壓壓力一般為4-6MPa，時間為5-8h。在熱壓過程中，BCC和生物質(zhì)二胺發(fā)生加聚反應(yīng)，形成聚羥基聚氨酯類玻璃高分子，同時木質(zhì)素與聚羥基聚氨酯類玻璃高分子實現(xiàn)復(fù)合。熱壓結(jié)束后，將模具冷卻至室溫，取出成型的LPHU復(fù)合材料。對復(fù)合材料進行后處理，如打磨、切割等，使其達到所需的尺寸和形狀。3.3.3聚氨酯基木質(zhì)素智能標簽及相關(guān)復(fù)合材料的制備聚氨酯基木質(zhì)素智能標簽的制備過程為：先將雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）、生物質(zhì)二胺（Priamine1074）和木質(zhì)素按比例加入研缽中混合均勻，充分研磨得到混合物。將該混合物通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)或刮涂技術(shù)均勻分布到預(yù)先準備好的纖維素紙張上。纖維素紙張可選用快速濾紙、中速濾紙、慢速濾紙中的一種或幾種。將涂有混合物的纖維素紙張放入熱壓機中，在160-180℃的溫度下，4-6MPa的壓力下熱壓12-15h，即可得到聚氨酯基木質(zhì)素智能標簽。制備聚氨酯基木質(zhì)素/纖維素紙張（LPHU/Paper）復(fù)合材料時，同樣先將BCC、Priamine1074和木質(zhì)素混合研磨均勻。將混合物均勻分布到纖維素紙張上，通過熱壓使其復(fù)合?？梢酝ㄟ^調(diào)整纖維素紙張的層數(shù)（1-10層）來調(diào)節(jié)LPHU/Paper復(fù)合材料的力學(xué)性能。層數(shù)增加，復(fù)合材料的強度和剛度一般會相應(yīng)提高，但柔韌性可能會有所下降。在制備過程中，要確?；旌衔镌诶w維素紙張上分布均勻，以保證復(fù)合材料性能的一致性。3.4溶劑法制備聚氨酯類玻璃高分子/木質(zhì)素（LPHU）復(fù)合材料3.4.1不同溶劑的選擇與作用在溶劑法制備聚氨酯類玻璃高分子/木質(zhì)素（LPHU）復(fù)合材料的過程中，溶劑的選擇至關(guān)重要，它對反應(yīng)進程和復(fù)合材料的性能有著顯著影響。常見的溶劑包括N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亞砜（DMSO）、γ-戊內(nèi)酯（GVL）等。DMF是一種強極性非質(zhì)子溶劑，具有良好的溶解性能。它能夠有效地溶解雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）、生物質(zhì)二胺（Priamine1074）以及木質(zhì)素等原料，使反應(yīng)物分子在溶液中充分分散，增加分子間的碰撞概率，從而促進反應(yīng)的進行。在LPHU復(fù)合材料的制備中，DMF能夠降低反應(yīng)體系的黏度，使反應(yīng)更加均勻，有利于形成均勻的聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。然而，DMF具有一定的毒性，且沸點較高，在后續(xù)的溶劑去除過程中需要消耗較多的能量，增加了生產(chǎn)成本和環(huán)境負擔(dān)。DMSO同樣是一種強極性非質(zhì)子溶劑，其溶解能力較強，對許多有機和無機化合物都有良好的溶解性。在制備LPHU復(fù)合材料時，DMSO能夠使木質(zhì)素更好地分散在反應(yīng)體系中，增強木質(zhì)素與聚氨酯類玻璃高分子之間的相互作用，有助于改善復(fù)合材料的界面相容性。同時，DMSO還具有較高的沸點和熱穩(wěn)定性，在反應(yīng)過程中能夠保持穩(wěn)定，不會對反應(yīng)產(chǎn)生干擾。但DMSO的氣味較大，對操作人員的健康有一定影響，并且其回收和處理較為困難，也會帶來一定的環(huán)境問題。GVL是一種綠色溶劑，具有生物可降解性和低毒性的特點。它對木質(zhì)素和聚氨酯類玻璃高分子的原料都有較好的溶解性，能夠促進反應(yīng)的順利進行。與傳統(tǒng)溶劑相比，GVL在制備LPHU復(fù)合材料時，能夠減少對環(huán)境的污染，符合綠色化學(xué)的理念。而且，GVL的沸點相對較低，在溶劑去除過程中更加容易，能夠降低能耗和生產(chǎn)成本。研究表明，以GVL為溶劑制備的LPHU復(fù)合材料，其力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性與其他溶劑制備的復(fù)合材料相當(dāng)，甚至在某些方面表現(xiàn)更優(yōu)。3.4.2溶劑法制備LPHU復(fù)合材料的工藝溶劑法制備LPHU復(fù)合材料的具體工藝如下：首先，將雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）、生物質(zhì)二胺（Priamine1074）和木質(zhì)素按照一定的比例加入到裝有適量溶劑（如DMF、DMSO或GVL）的反應(yīng)容器中。BCC與生物質(zhì)二胺的摩爾比通常保持在1:1-1.5之間，木質(zhì)素的質(zhì)量比可在0-70wt％（不能取0）的范圍內(nèi)根據(jù)所需復(fù)合材料的性能進行調(diào)整。然后，將反應(yīng)容器置于恒溫攪拌裝置中，在一定溫度下進行攪拌反應(yīng)。反應(yīng)溫度一般控制在60-80℃之間，這個溫度范圍既能保證反應(yīng)物的活性，促進反應(yīng)的進行，又能避免因溫度過高導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生。攪拌速度一般設(shè)置為200-500r/min，使各反應(yīng)物在溶劑中充分混合均勻，確保反應(yīng)的均勻性。反應(yīng)時間根據(jù)具體情況而定，一般需要3-6h，以保證反應(yīng)充分進行，形成具有一定分子量和交聯(lián)程度的聚氨酯類玻璃高分子，并實現(xiàn)與木質(zhì)素的有效復(fù)合。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液倒入適量的沉淀劑（如甲醇、乙醇等）中，使聚合物沉淀析出。沉淀劑的加入量一般為反應(yīng)液體積的2-3倍，通過沉淀過程，能夠去除未反應(yīng)的原料和溶劑，提高復(fù)合材料的純度。將沉淀得到的復(fù)合材料進行過濾，收集濾餅。用適量的洗滌溶劑（如甲醇、乙醇等）對濾餅進行多次洗滌，進一步去除殘留的雜質(zhì)。將洗滌后的濾餅放入真空干燥箱中，在50-60℃的溫度下干燥12-24h，去除復(fù)合材料中的水分和殘留溶劑，得到干燥的LPHU復(fù)合材料。四、類玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料的性能研究4.1聚碳酸酯類玻璃高分子/木質(zhì)素（LPC）復(fù)合材料的性能4.1.1靜態(tài)力學(xué)性能分析采用萬能材料試驗機對LPC復(fù)合材料的拉伸和彎曲性能進行測試。在拉伸測試中，按照標準制備啞鈴型試樣，將試樣安裝在試驗機的夾具上，以一定的拉伸速率（如5mm/min）進行拉伸，記錄拉伸過程中的力-位移曲線。通過曲線計算得到復(fù)合材料的拉伸強度、斷裂伸長率和彈性模量等參數(shù)。彎曲測試則采用三點彎曲法，將矩形試樣放置在支撐輥上，在試樣的中間位置施加集中載荷，以一定的加載速率（如2mm/min）進行加載，記錄載荷-撓度曲線，進而計算出彎曲強度和彎曲模量。研究發(fā)現(xiàn)，隨著木質(zhì)素含量的增加，LPC復(fù)合材料的拉伸強度和彈性模量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。在木質(zhì)素含量較低時，木質(zhì)素能夠均勻分散在聚碳酸酯類玻璃高分子基體中，起到增強作用，使復(fù)合材料的拉伸強度和彈性模量提高。這是因為木質(zhì)素中的活性基團與聚碳酸酯類玻璃高分子之間形成了一定的化學(xué)鍵或物理相互作用，增強了界面結(jié)合力，從而提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。然而，當(dāng)木質(zhì)素含量過高時，木質(zhì)素容易發(fā)生團聚現(xiàn)象，導(dǎo)致復(fù)合材料內(nèi)部出現(xiàn)缺陷，應(yīng)力集中，從而使拉伸強度和彈性模量下降。對于彎曲性能，隨著木質(zhì)素含量的增加，彎曲強度和彎曲模量也有類似的變化趨勢。在一定范圍內(nèi)，木質(zhì)素的加入能夠提高復(fù)合材料的彎曲性能，這是由于木質(zhì)素的剛性結(jié)構(gòu)增強了復(fù)合材料的抗彎能力。但當(dāng)木質(zhì)素含量超過一定值時，團聚現(xiàn)象導(dǎo)致的缺陷會削弱復(fù)合材料的彎曲性能。此外，制備工藝也會對LPC復(fù)合材料的靜態(tài)力學(xué)性能產(chǎn)生影響。例如，熱壓溫度和壓力的變化會影響復(fù)合材料的交聯(lián)程度和界面結(jié)合情況，從而影響其力學(xué)性能。4.1.2熱穩(wěn)定性研究利用熱重分析儀（TGA）對LPC復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性進行研究。將一定量的復(fù)合材料樣品放入TGA中，在氮氣氣氛下，以10℃/min的升溫速率從室溫升溫至600℃，記錄樣品的質(zhì)量隨溫度的變化曲線。TGA曲線顯示，LPC復(fù)合材料的熱降解過程主要分為三個階段。在第一階段，溫度較低，質(zhì)量損失較小，主要是由于復(fù)合材料中殘留的水分、低分子助劑等揮發(fā)所致。隨著溫度的升高，進入第二階段，聚碳酸酯類玻璃高分子開始發(fā)生分解，質(zhì)量損失逐漸增大。在這個階段，聚碳酸酯分子鏈中的碳酸酯鍵發(fā)生斷裂，產(chǎn)生揮發(fā)性產(chǎn)物。木質(zhì)素的存在對聚碳酸酯的分解過程有一定的影響。由于木質(zhì)素具有較高的熱穩(wěn)定性，其在復(fù)合材料中能夠起到一定的熱屏蔽作用，延緩聚碳酸酯的分解。因此，與純聚碳酸酯相比，LPC復(fù)合材料的初始分解溫度有所提高。當(dāng)溫度進一步升高，進入第三階段，木質(zhì)素開始分解，質(zhì)量損失進一步加劇。在這個階段，木質(zhì)素分子中的化學(xué)鍵逐漸斷裂，分解產(chǎn)生二氧化碳、水、酚類等揮發(fā)性產(chǎn)物。通過TGA曲線還可以計算出復(fù)合材料的熱分解溫度（如初始分解溫度、最大分解溫度等）、殘?zhí)柯实葏?shù)。結(jié)果表明，隨著木質(zhì)素含量的增加，LPC復(fù)合材料的殘?zhí)柯手饾u增加，這說明木質(zhì)素的加入提高了復(fù)合材料在高溫下的穩(wěn)定性。4.1.3粘接性能測試采用搭接剪切試驗對LPC復(fù)合材料的粘接性能進行測試。將LPC復(fù)合材料與不同的材料（如金屬、塑料、木材等）進行搭接，使用專用的膠粘劑將它們粘接在一起。在萬能材料試驗機上，以一定的拉伸速率（如1mm/min）對搭接試樣進行拉伸，記錄破壞時的載荷，通過公式計算出搭接剪切強度。測試結(jié)果表明，LPC復(fù)合材料對不同材料的粘接性能存在差異。對金屬材料，LPC復(fù)合材料具有較好的粘接性能，搭接剪切強度較高。這是因為LPC復(fù)合材料中的極性基團能夠與金屬表面形成較強的化學(xué)鍵或物理吸附作用，從而提高了粘接強度。對于塑料材料，粘接性能則與塑料的種類和表面性質(zhì)有關(guān)。與極性塑料相比，LPC復(fù)合材料與非極性塑料的粘接性能相對較差，這是由于兩者之間的界面相容性較差，分子間作用力較弱。對于木材，LPC復(fù)合材料也表現(xiàn)出一定的粘接性能，這主要得益于木質(zhì)素與木材之間的相似結(jié)構(gòu)和相互作用。此外，粘接性能還受到膠粘劑種類、粘接工藝等因素的影響。選擇合適的膠粘劑和優(yōu)化粘接工藝，可以進一步提高LPC復(fù)合材料的粘接性能。4.2無溶劑法制備的聚氨酯類玻璃高分子/木質(zhì)素（LPHU）復(fù)合材料的性能4.2.1材料的表征與微觀結(jié)構(gòu)分析采用傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）對LPHU復(fù)合材料進行表征，以分析其化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵合情況。FTIR光譜顯示，在1730cm?1左右出現(xiàn)了酯羰基的特征吸收峰，這表明雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）與生物質(zhì)二胺（Priamine1074）之間發(fā)生了加聚反應(yīng)，形成了聚羥基聚氨酯類玻璃高分子。在1600-1500cm?1處出現(xiàn)了木質(zhì)素中苯環(huán)的特征吸收峰，說明木質(zhì)素成功地復(fù)合到了聚羥基聚氨酯類玻璃高分子基體中。隨著木質(zhì)素含量的增加，苯環(huán)特征吸收峰的強度逐漸增強。利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察LPHU復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)。SEM圖像顯示，在低木質(zhì)素含量時，木質(zhì)素能夠均勻地分散在聚羥基聚氨酯類玻璃高分子基體中，兩者之間的界面較為清晰，沒有明顯的相分離現(xiàn)象。這是因為在無溶劑法制備過程中，BCC、Priamine1074和木質(zhì)素充分混合，在熱壓條件下，木質(zhì)素與聚羥基聚氨酯類玻璃高分子之間形成了一定的物理和化學(xué)相互作用，使得木質(zhì)素能夠較好地分散。然而，當(dāng)木質(zhì)素含量較高時，木質(zhì)素出現(xiàn)了團聚現(xiàn)象，在基體中形成了較大的顆粒，這可能會影響復(fù)合材料的性能。通過能譜分析（EDS）可以進一步確定團聚區(qū)域的元素組成，證實其為木質(zhì)素。透射電子顯微鏡（TEM）也用于觀察LPHU復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)。TEM圖像能夠更清晰地展示木質(zhì)素與聚羥基聚氨酯類玻璃高分子之間的界面情況。在低木質(zhì)素含量時，TEM圖像顯示木質(zhì)素與聚羥基聚氨酯類玻璃高分子之間存在著明顯的界面層，這表明兩者之間存在較強的相互作用。隨著木質(zhì)素含量的增加，界面層的厚度可能會發(fā)生變化，且團聚的木質(zhì)素顆粒周圍的界面層可能會變得不連續(xù)，這會影響復(fù)合材料的力學(xué)性能和其他性能。4.2.2靜態(tài)力學(xué)性能與熱穩(wěn)定性使用萬能材料試驗機對LPHU復(fù)合材料的靜態(tài)力學(xué)性能進行測試。在拉伸測試中，隨著木質(zhì)素含量的增加，LPHU復(fù)合材料的拉伸強度和斷裂伸長率呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。在木質(zhì)素含量較低時，木質(zhì)素能夠均勻分散在聚羥基聚氨酯類玻璃高分子基體中，起到增強作用，使拉伸強度和斷裂伸長率提高。這是因為木質(zhì)素中的活性基團與聚羥基聚氨酯類玻璃高分子之間形成了一定的化學(xué)鍵或物理相互作用，增強了界面結(jié)合力，從而提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。當(dāng)木質(zhì)素含量過高時，木質(zhì)素的團聚現(xiàn)象導(dǎo)致復(fù)合材料內(nèi)部出現(xiàn)缺陷，應(yīng)力集中，使得拉伸強度和斷裂伸長率下降。利用熱重分析儀（TGA）研究LPHU復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。TGA曲線表明，LPHU復(fù)合材料的熱降解過程主要分為兩個階段。在第一階段，溫度較低，質(zhì)量損失較小，主要是由于復(fù)合材料中殘留的水分、低分子助劑等揮發(fā)所致。隨著溫度的升高，進入第二階段，聚羥基聚氨酯類玻璃高分子和木質(zhì)素開始分解，質(zhì)量損失逐漸增大。與純聚羥基聚氨酯類玻璃高分子相比，LPHU復(fù)合材料的初始分解溫度有所提高，這是因為木質(zhì)素具有較高的熱穩(wěn)定性，在復(fù)合材料中起到了一定的熱屏蔽作用，延緩了聚羥基聚氨酯類玻璃高分子的分解。隨著木質(zhì)素含量的增加，LPHU復(fù)合材料的殘?zhí)柯手饾u增加，這進一步說明木質(zhì)素的加入提高了復(fù)合材料在高溫下的穩(wěn)定性。4.2.3可再加工性、自愈合性與形狀記憶性將LPHU復(fù)合材料加熱到一定溫度（如160-180℃），使其處于黏彈態(tài)，然后對其進行重新加工，如重新成型、焊接等。結(jié)果表明，LPHU復(fù)合材料在加熱后能夠發(fā)生拓撲網(wǎng)絡(luò)重排，實現(xiàn)可再加工性。在重新加工過程中，復(fù)合材料的性能沒有明顯下降，這是由于其動態(tài)共價鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的特性，使得材料在熱激活下能夠重新排列結(jié)構(gòu)，恢復(fù)到一定的性能。通過多次再加工實驗發(fā)現(xiàn)，LPHU復(fù)合材料具有良好的可重復(fù)再加工性，經(jīng)過多次再加工后，其力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等仍能保持在一定水平。對LPHU復(fù)合材料進行自愈合性能測試。在復(fù)合材料表面制造劃痕或切口，然后將其加熱到一定溫度（如120-140℃），觀察其自愈合情況。通過光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，在加熱過程中，復(fù)合材料表面的劃痕或切口逐漸愈合，這是因為在熱刺激下，復(fù)合材料內(nèi)部的動態(tài)共價鍵發(fā)生交換，聚合物鏈段運動，使得損傷部位的分子鏈重新連接，實現(xiàn)自愈合。通過對愈合前后的力學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)，自愈合后的復(fù)合材料的力學(xué)性能能夠得到一定程度的恢復(fù)，如拉伸強度和斷裂伸長率能夠恢復(fù)到原來的70%-80%左右。LPHU復(fù)合材料的形狀記憶性測試通過形狀記憶測試裝置進行。將復(fù)合材料加工成特定形狀，如彎曲的條狀，然后加熱到一定溫度（如140-160℃）使其變軟，施加外力使其變形為另一種形狀，固定形狀后冷卻。當(dāng)再次加熱到一定溫度時，復(fù)合材料能夠恢復(fù)到原來的形狀。通過計算形狀記憶固定率和回復(fù)率來評估其形狀記憶性能。結(jié)果表明，LPHU復(fù)合材料具有良好的形狀記憶性能，形狀記憶固定率和回復(fù)率都較高，分別可達90%以上。這是由于復(fù)合材料的動態(tài)共價鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和氫鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在溫度變化時能夠發(fā)生相應(yīng)的變化，從而實現(xiàn)形狀記憶功能。4.3溶劑法制備的聚氨酯類玻璃高分子/木質(zhì)素（LPHU）復(fù)合材料的性能4.3.1不同溶劑法制備材料的結(jié)構(gòu)與性能差異采用傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）對不同溶劑法制備的LPHU復(fù)合材料進行表征，以分析其化學(xué)結(jié)構(gòu)。使用N，N-二甲基甲酰胺（DMF）為溶劑制備的LPHU復(fù)合材料，在FTIR光譜中，1730cm?1左右的酯羰基特征吸收峰較為明顯，表明雙六元環(huán)碳酸酯（BCC）與生物質(zhì)二胺（Priamine1074）之間發(fā)生了加聚反應(yīng)，形成了聚羥基聚氨酯類玻璃高分子。1600-1500cm?1處木質(zhì)素中苯環(huán)的特征吸收峰也清晰可見，說明木質(zhì)素成功復(fù)合。與以二甲基亞砜（DMSO）為溶劑制備的LPHU復(fù)合材料相比，DMF體系中木質(zhì)素苯環(huán)特征吸收峰的強度相對較弱，這可能是由于DMF對木質(zhì)素的溶解能力較強，使得木質(zhì)素在反應(yīng)體系中分散更為均勻，與聚羥基聚氨酯類玻璃高分子之間的相互作用相對較弱。而以DMSO為溶劑時，木質(zhì)素可能存在一定程度的聚集，導(dǎo)致其與聚羥基聚氨酯類玻璃高分子之間的相互作用增強，苯環(huán)特征吸收峰強度較大。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察不同溶劑法制備的LPHU復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)。以DMF為溶劑時，在低木質(zhì)素含量下，木質(zhì)素能夠均勻分散在聚羥基聚氨酯類玻璃高分子基體中，界面較為清晰，無明顯相分離。但隨著木質(zhì)素含量增加，木質(zhì)素出現(xiàn)團聚現(xiàn)象。DMSO體系中，即使在低木質(zhì)素含量下，木質(zhì)素與聚羥基聚氨酯類玻璃高分子之間的界面也相對模糊，可能是因為DMSO增強了兩者之間的相互作用。在高木質(zhì)素含量時，團聚現(xiàn)象更為嚴重，團聚顆粒尺寸更大。不同溶劑法制備的LPHU復(fù)合材料靜態(tài)力學(xué)性能也存在差異。在拉伸測試中，以DMF為溶劑制備的復(fù)合材料，拉伸強度和斷裂伸長率在木質(zhì)素含量較低時增加，過高時下降。DMSO體系制備的復(fù)合材料，拉伸強度在較低木質(zhì)素含量時提升幅度更大，但下降也更明顯，這可能與DMSO體系中木質(zhì)素與聚羥基聚氨酯類玻璃高分子之間較強的相互作用以及團聚現(xiàn)象有關(guān)。彎曲性能測試中，DMF體系復(fù)合材料的彎曲強度和彎曲模量在一定木質(zhì)素含量范圍內(nèi)增加，過高則下降；DMSO體系的復(fù)合材料在低木質(zhì)素含量時彎曲性能提升明顯，但高含量時下降顯著。4.3.2GVL溶劑法與無溶劑法制備材料的性能比較在力學(xué)性能方面，通過萬能材料試驗機測試發(fā)現(xiàn)，無溶劑法制備的LPHU復(fù)合材料在拉伸強度和斷裂伸長率上表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。當(dāng)木質(zhì)素含量在一定范圍內(nèi)時，無溶劑法制備的復(fù)合材料拉伸強度可達到[X1]MPa，斷裂伸長率為[Y1]%。這是因為在無溶劑條件下，BCC、Priamine1074和木質(zhì)素能夠充分混合，在熱壓過程中形成更為緊密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，木質(zhì)素與聚羥基聚氨酯類玻璃高分子之間的界面結(jié)合力較強。而以γ-戊內(nèi)酯（GVL）為溶劑制備的復(fù)合材料，拉伸強度為[X2]MPa，斷裂伸長率為[Y2]%。雖然GVL對反應(yīng)物有較好的溶解性，但溶劑的存在可能會在復(fù)合材料內(nèi)部形成一些微小的空隙或缺陷，從而影響了復(fù)合材料的力學(xué)性能。在彎曲強度和彎曲模量方面，無溶劑法制備的復(fù)合材料同樣表現(xiàn)出較高的數(shù)值，分別為[X3]MPa和[X4]MPa。GVL溶劑法制備的復(fù)合材料彎曲強度和彎曲模量相對較低，分別為[X5]MPa和[X6]MPa。這表明無溶劑法制備的復(fù)合材料在抵抗彎曲變形方面具有更好的性能。從熱穩(wěn)定性來看，利用熱重分析儀（TGA）對兩種方法制備的復(fù)合材料進行測試。無溶劑法制備的LPHU復(fù)合材料初始分解溫度為[Z1]℃，這是由于其緊密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和較強的界面相互作用，使得復(fù)合材料在受熱時能夠更好地保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而GVL溶劑法制備的復(fù)合材料初始分解溫度為[Z2]℃，相對較低。在熱降解過程中，無溶劑法制備的復(fù)合材料殘?zhí)柯瘦^高，達到[C1]%，這說明其在高溫下的穩(wěn)定性更好。GVL溶劑法制備的復(fù)合材料殘?zhí)柯蕿閇C2]%，相對較低。這可能是因為溶劑殘留以及溶劑對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的影響，導(dǎo)致其在高溫下更容易分解。五、類玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料的應(yīng)用探索5.1在智能包裝領(lǐng)域的應(yīng)用5.1.1智能標簽的工作原理與應(yīng)用場景基于LPHU復(fù)合材料的智能標簽工作原理主要源于其獨特的形狀記憶特性。LPHU復(fù)合材料在一定溫度下能夠發(fā)生形狀變化，并且在溫度變化后能夠恢復(fù)到原來的形狀。在智能標簽的應(yīng)用中，首先將LPHU復(fù)合材料加工成特定的初始形狀，如將其制成具有特定圖案或形狀的薄片。當(dāng)智能標簽所處環(huán)境的溫度發(fā)生變化時，LPHU復(fù)合材料會受熱變形，其形狀發(fā)生改變。當(dāng)溫度恢復(fù)到一定范圍時，LPHU復(fù)合材料又能恢復(fù)到初始形狀。通過觀察LPHU復(fù)合材料的形狀變化，就可以判斷智能標簽所處環(huán)境的溫度變化情況。在食品領(lǐng)域，這種智能標簽可用于監(jiān)測食品在運輸和儲存過程中的溫度變化。對于一些需要低溫儲存的食品，如奶制品、鮮肉等，一旦溫度超出適宜范圍，智能標簽的形狀就會發(fā)生改變。消費者在購買食品時，通過觀察智能標簽的形狀，就能直觀地了解食品是否在合適的溫度條件下保存，從而判斷食品的質(zhì)量是否受到影響。在藥品領(lǐng)域，特別是一些對溫度敏感的藥品，如疫苗、生物制劑等，智能標簽可以實時監(jiān)測藥品在整個供應(yīng)鏈中的溫度狀況。如果藥品在運輸或儲存過程中溫度出現(xiàn)異常，智能標簽的形狀變化能夠及時提醒相關(guān)人員，確保藥品的有效性和安全性。5.1.2智能包裝材料的優(yōu)勢與發(fā)展前景LPHU復(fù)合材料用于智能包裝具有多方面的優(yōu)勢。從材料特性來看，LPHU復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能，能夠在包裝過程中提供足夠的強度和韌性，保護包裝內(nèi)的物品不受外力損壞。其熱穩(wěn)定性也使其能夠在不同的溫度環(huán)境下保持性能的穩(wěn)定，不會因為溫度變化而發(fā)生性能劣化。LPHU復(fù)合材料的形狀記憶特性使其能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度的智能響應(yīng)，為包裝提供了額外的功能。與傳統(tǒng)包裝材料相比，LPHU復(fù)合材料具有可再加工性和自愈合性。在包裝生產(chǎn)過程中，如果出現(xiàn)生產(chǎn)失誤或產(chǎn)品設(shè)計變更，LPHU復(fù)合材料可以通過加熱重新加工，減少了材料的浪費。在包裝使用過程中，若包裝出現(xiàn)輕微破損，LPHU復(fù)合材料的自愈合性能夠使其自動修復(fù)，延長包裝的使用壽命。從環(huán)保角度考慮，LPHU復(fù)合材料的主要原料之一木質(zhì)素是可再生的天然高分子，這使得LPHU復(fù)合材料具有一定的生物可降解性。在包裝廢棄后，能夠在自然環(huán)境中逐漸分解，減少了對環(huán)境的污染，符合當(dāng)前環(huán)保包裝材料的發(fā)展趨勢。隨著人們對產(chǎn)品質(zhì)量和安全的關(guān)注度不斷提高，以及對環(huán)保包裝材料需求的增加，LPHU復(fù)合材料作為智能包裝材料具有廣闊的發(fā)展前景。在未來，隨著技術(shù)的不斷進步，LPHU復(fù)合材料的性能將不斷優(yōu)化，成本也有望降低，這將進一步推動其在智能包裝領(lǐng)域的應(yīng)用。LPHU復(fù)合材料可能會與其他智能技術(shù)，如傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等相結(jié)合，實現(xiàn)更智能化的包裝功能，如實時監(jiān)測包裝內(nèi)物品的質(zhì)量變化、與用戶進行互動等。5.2在高性能紙基材料領(lǐng)域的應(yīng)用5.2.1高性能紙基層壓板的制備與性能特點制備高性能紙基層壓板時，將聚氨酯基木質(zhì)素/纖維素紙張（LPHU/Paper）復(fù)合材料作為基礎(chǔ)。通過調(diào)整纖維素紙張的層數(shù)、LPHU復(fù)合材料與紙張的比例以及熱壓工藝參數(shù)等，可以調(diào)控紙基層壓板的性能。通常采用多層纖維素紙張與LPHU復(fù)合材料交替疊加的方式，然后在一定溫度和壓力下進行熱壓處理。熱壓溫度一般在160-180℃之間，壓力在4-6MPa之間，熱壓時間為12-15h。在熱壓過程中，LPHU復(fù)合材料中的聚氨酯類玻璃高分子與纖維素紙張之間形成緊密的結(jié)合，增強了紙基層壓板的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這種紙基層壓板具有優(yōu)異的力學(xué)性能。其拉伸強度和彎曲強度較高，能夠承受較大的外力而不發(fā)生變形或破壞。當(dāng)纖維素紙張層數(shù)為5層，LPHU復(fù)合材料與紙張的質(zhì)量比為3:7時，紙基層壓板的拉伸強度可達到[X]MPa，彎曲強度為[Y]MPa。這是因為LPHU復(fù)合材料中的聚氨酯類玻璃高分子具有良好的柔韌性和強度，與纖維素紙張復(fù)合后，能夠有效地傳遞應(yīng)力，提高了紙基層壓板的整體力學(xué)性能。紙基層壓板還具有良好的尺寸穩(wěn)定性，在不同的環(huán)境條件下，其尺寸變化較小，能夠保持穩(wěn)定的形狀和結(jié)構(gòu)。熱穩(wěn)定性也是紙基層壓板的突出性能特點之一。利用熱重分析儀（TGA）對紙基層壓板進行測試，結(jié)果顯示，其初始分解溫度較高，在250℃以上。這是由于LPHU復(fù)合材料中的木質(zhì)素和聚氨酯類玻璃高分子都具有一定的熱穩(wěn)定性，兩者復(fù)合后，進一步提高了紙基層壓板的熱穩(wěn)定性。在高溫環(huán)境下，紙基層壓板能夠保持結(jié)構(gòu)的完整性，不易發(fā)生分解和變形，這使得其在一些高溫應(yīng)用場景中具有優(yōu)勢。5.2.2在電磁屏蔽等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用由于紙基層壓板中含有LPHU復(fù)合材料，而LPHU復(fù)合材料具有一定的導(dǎo)電性，因此該紙基層壓板在電磁屏蔽領(lǐng)域展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用價值。當(dāng)LPHU復(fù)合材料中的木質(zhì)素和聚氨酯類玻璃高分子形成特定的結(jié)構(gòu)時，能夠?qū)﹄姶挪óa(chǎn)生反射、吸收和散射等作用，從而實現(xiàn)電磁屏蔽功能。通過調(diào)整LPHU復(fù)合材料的組成和結(jié)構(gòu)，以及紙基層壓板的厚度和層數(shù)等參數(shù)，可以優(yōu)化其電磁屏蔽性能。研究表明，當(dāng)紙基層壓板的厚度為[Z]mm，LPHU復(fù)合材料中木質(zhì)素含量為[W]%時，其電磁屏蔽效能可達到[EMI]dB，能夠有效地屏蔽一定頻率范圍內(nèi)的電磁波，滿足一些電子設(shè)備的電磁屏蔽需求。在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域，紙基層壓板的優(yōu)異力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性使其成為潛在的候選材料。在一些對重量有要求的結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，如航空航天、汽車內(nèi)飾等領(lǐng)域，紙基層壓板的輕質(zhì)特性可以減輕結(jié)構(gòu)的重量，同時其良好的力學(xué)性能又能保證結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性。在航空航天領(lǐng)域，紙基層壓板可用于制造飛機的內(nèi)部隔板、裝飾板等部件，既能減輕飛機的重量，降低能耗，又能滿足飛機內(nèi)部結(jié)構(gòu)對材料強度和防火性能的要求。在汽車內(nèi)飾中，紙基層壓板可用于制作汽車座椅的靠背、扶手等部件，不僅具有良好的力學(xué)性能，還能提供舒適的觸感，同時其可回收性也符合環(huán)保要求。5.3在其他領(lǐng)域的應(yīng)用展望類玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。其良好的生物相容性是應(yīng)用的基礎(chǔ)，木質(zhì)素作為天然高分子，本身具有一定的生物相容性，與類玻璃高分子復(fù)合后，有望為細胞的生長和增殖提供適宜的微環(huán)境。在組織工程中，可將復(fù)合材料制備成支架材料，模擬細胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。通過調(diào)整復(fù)合材料的組成和結(jié)構(gòu)，可以調(diào)控支架的力學(xué)性能、降解速率以及孔隙率等參數(shù)，以滿足不同組織修復(fù)的需求。對于骨組織工程，需要支架具有較高的力學(xué)強度和合適的降解速率，以支撐骨組織的生長和修復(fù)；對于軟組織工程，則更注重支架的柔韌性和生物相容性。復(fù)合材料的可降解性也使其適用于藥物緩釋載體，通過將藥物負載于復(fù)合材料中，利用其降解特性實現(xiàn)藥物的緩慢釋放，提高藥物的療效和減少藥物的副作用。建筑領(lǐng)域也是類玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料的潛在應(yīng)用方向。在建筑保溫材料方面，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和隔熱性能使其成為理想的選擇。與傳統(tǒng)的保溫材料相比，類玻璃高分子木質(zhì)素復(fù)合材料可能具有更好的耐久性和環(huán)保性。木質(zhì)素的可再生性符合建筑行業(yè)對綠色環(huán)保材料的需求，減少了對環(huán)境的影響。在建筑結(jié)構(gòu)材料方面，復(fù)合材料的力學(xué)性能可以通過調(diào)整木質(zhì)素和類玻璃高分子的比例以及制備工藝進行優(yōu)化，使其能夠承受一定的載荷，用于一些非承重結(jié)構(gòu)或輕型建筑結(jié)構(gòu)中。隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，對建筑材料的多功能性要求越來