木质素两亲聚合物的微结构调控及其纳米材料制备基础

项目通过研究木质素的溶液行为，准确测定木质素的物性参数，建立了木质素两亲聚合物的微结构模型及其调控机制；进一步通过分子间作用力分析，调控木质素的聚集与解聚，揭示了木质素微结构对其功能改性，吸附分散性能和纳米材料制备的影响规律；在此基础上，通过接枝聚合、杂化复合、超分子自组装等技术制备系列木质素纳米材料与复合材料，并探索在染料分散、农药控释和抗光解、材料增韧与抗紫外老化、天然防晒护肤等领域的应用。相关研究为工业木质素和造纸黑液的资源化高效利用开辟了新的方向，取得一批国内领先，国际先进的研究成果。项目在研期间共发表论文58篇，授权中国发明专利10项，申请中国发明专利16项，获国家技术发明二等奖1项，中国专利优秀奖2项，广东省专利金奖1项。培养中青年学术带头人1人，培养研究生21人（其中博士研究生3人，硕士研究生18人）。

木质素基纳米材料的制备给制浆造纸废液中回收的工业木质素提供既新颖又广阔的应用前景，同时开辟了木质素产品高附加值应用的一个新领域。而制备木质素基纳米材料的关键科学问题就是木质素两亲聚合物的微结构研究及其调控机制。本项目拟通过碱木质素改性制备木质素两亲聚合物，研究碱木质素微结构对反应效率的影响，揭示木质素两亲聚合物微结构对吸附特征、分散性能等方面的影响规律，为木质素的高效改性及应用提供基础；进一步探索木质素两亲聚合物微结构对制备木质素基纳米材料的影响，实现微结构从“无序”到“有序”的转化，并探索其转化条件和转化机制，可望在理论及应用方面获得突破性的进展，为新型木质素基纳米材料的制备提供理论基础与应用指导。本项目的实施对于可再生资源的高值利用及环境保护均具有重大的意义。

本书全面系统地叙述了木质素的基础知识，以及木质素复合材料、改性材料及纳米材料的发展过程和近年来的研究进展。本书不仅包含了木质素的存在形式、结构性质、分离检测，还详细介绍了不同形式的功能木质素材料的制备方法和最新且具代表性的研究工作。

本项目以超大规模分子动力学并行计算技术、蒙特卡罗方法、微观断裂力学理论为依据，建立微结构件表面形成过程的离散仿真模型。然后，采用并行分子动力学方法对微结构超精密加工过程进行模拟仿真，将表面吸附和驰豫效应作用于微结构工件，获得具有非理想表面和亚表层的微构件模型。在此基础上，建立起考虑加工过程影响因素的微结构件力学模型，在分子或分子团的尺度上研究微结构件的强度、刚度及动态特性，进而分析非理想微结构的残余应力、加工变质层和加工缺陷等因素对微构件力学行为的影响。同时，以扫描探针显微镜为主要实验设备，对微结构特征进行加工和测试等试验，将仿真与实验结果进行比较分析，验证理论分析的正确性。本项目的研究将为建立微结构分析的理论体系和设计准则奠定重要的基础，对推进微结构的实用化具有现实的理论意义和实用价值。 2100433B