木质素基聚乙酸乙烯酯聚合物的制备及其应用研究

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本文利用改性木素与乙酸乙烯酯共聚制备出木质素基聚乙酸乙烯酯聚合物,将其作为生物基涂料应用于纸包装材料中,并采用静电纺丝法以及热压工艺,以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,制备P(VAc/LVAc)与PVC共混的复合纤维膜,对其性能进行检测,并与PP膜和纯PVC膜进行比较。首先为了取代其他聚合物与乙酸乙烯酯共聚制备聚乙酸乙烯酯,对生物质资源木质素磺酸钠进行改性,为提高其化学活性,用二乙基三胺对其进行胺化,利用氯乙酸乙烯酯将VAc接枝到胺化木素上,并对接枝温度、时间和pH进行探讨,找到最佳的接枝条件,利用悬浮共聚法制备出不同质量比的LVAc与VAc共聚物,使用元素分析,HNMR,XPS,FTIR,GPC,DSC和TGA对P(VAc/LVAc)共聚物的化学结构和热稳定性能进行了研究。接着,将制备好的P(VAc/LVAc)作为生物基涂料应用于纸包装材料中,并探究木质素添加量对涂布纸性能的影响。然后,将制备好的P(VAc/LVAc)与PVC进行共混,利用静电纺丝法制备P(VAc/LVAc)/PVC复合薄膜,并探究出最佳的纺丝工艺参数。最后,对P(VAc/LVAc)/PVC复合隔膜在16MPa,100℃下热压,在氩气手套箱里组装成锂离子电池,静置24h后对其循环寿命、倍率等电化学性能进行研究。得出以下结论:
  1、对木质素进行胺化过程中,接枝率可高达46%,最佳接枝时间6h,最佳pH=9,最佳反应温度40℃。P(VAc/LVAc)中木质素的含量对Mw有着显著的影响(增到190000g/mol)。研究结果表明,P(LVAc/LVAc)在高达367℃时依然具有良好的热稳定性,而PVAc则是在290℃发生了最大的降解,结果证明,成功地合成了具有高热稳定性的P(VAc/LVAc)共聚物。
  2、经P(VAc/LVAc)共聚物涂布的纸张,当LVAc的添加量达到10%时,抗张指数和耐破指数达到了最大值,分别达到81.60N.m/g和5.29KPa.m2/g,其疏水性能得到了改善,同时共聚物的涂布提高了纸张对空气的阻隔性能,并因木质素的加入,也提高了其对紫外的吸收能力。
  3、采用静电纺丝的方法制备的P(VAc/LVAc)/PVC复合隔膜,纤维平均直径为320nm,环境温度控制在20-35℃,湿度控制在30%-50%之间进行,最佳纺丝参数为:电压26KV,进料速率为0.8mL/h,接收距离为15cm,收集滚筒转速为1000rpm/min
  4、在100℃下经过热压的P(VAc/LVAc)/PVC复合隔膜,纤维粘结在一起,呈现出良好的三维网络结构,用其组装成锂离子电池,表现出优异的吸液性能、较高的孔隙率和良好的电化学性能。其孔隙率可达60.56%,吸液率可达326.67%,是PP膜的三倍。
  5、在电流密度为0.2C下经过100次循环后,锂离子电池的放电容量保持率为91.2%,说明电池拥有良好的电化学性能,另一方面,P(VAc/LVAc)复合隔膜与PP膜和PVC膜相比,尺寸热稳定性明显得到了提高。
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