摘要: 速生杨木等木材的高效集约、低碳环保和可持续加工利用一直是木材科学与技术研究领域的重点。这需要充分利用杨木等木材资源，包括小径木材、不规则木材和加工剩余物等，同时在加工过程中做到能耗低、不产生对环境有毒有害的物质，最终加工出的产品性... 展开 速生杨木等木材的高效集约、低碳环保和可持续加工利用一直是木材科学与技术研究领域的重点。这需要充分利用杨木等木材资源，包括小径木材、不规则木材和加工剩余物等，同时在加工过程中做到能耗低、不产生对环境有毒有害的物质，最终加工出的产品性能优良并可回收再利用。本论文以此为研究目标，开发新型绿色可回收杨木粉/动态聚氨酯复合材料。 本文以杨木粉为原料，与基于低转变温度混合物(LTTMs)合成的动态聚氨酯进行复合，制备出力学性能优异、环境友好和可重复加工成型的杨木粉/动态聚氨酯复合材料。首先通过焦性没食子酸与聚乙二醇600(PEG600)在室温下直接搅拌制备出LTTMs,分析焦性没食子酸和PEG600之间的相互作用，结合密度泛函理论计算(DFT)讨论其形成机理。接下来通过无溶剂法将LTTMs与六亚甲基二异氰酸酯三聚体(HDI-T)直接混合，制备不依赖有机溶剂且具有动态酚类氨基甲酸酯键的动态聚氨酯。最后将木粉直接加入到LTTMs和HDI-T的混合体系中，通过热压成型制备出杨木粉/动态聚氨酯复合材料。利用杨木粉在复合材料制备过程中发生的取向和变形行为，结合碱处理以提高其可压缩性，构建具有“砖砌”形貌的仿贝壳珍珠母结构杨木粉/动态聚氨酯复合材料。主要研究内容和结果如下: (1)将焦性没食子酸与PEG600在室温(22℃)下均匀混合形成澄清透明的低转变温度混合物(LTTMs)。紫外和红外光谱分析显示，LTTMs中焦性没食子酸与PEG600分子间存在较强的相互作用，其中酚羟基和醚键氧原子之间作用显著。理论计算显示在焦性没食子酸分子与PEG600分子大部分的表面，静电势分别为负值和正值，两种分子均能在较大的表面区域形成静电吸引。LTTMs中存在5种焦性没食子酸结合在PEG600分子链段不同区域的复合物，复合物的相互作用能在-32.07～-34.79 kcal/mol之间。通过弱相互作用分析得出，LTTMs中的相互作用主要是来自焦性没食子酸的酚羟基与PEG600的醚键上氧原子形成的氢键以及分子间作用力。 (2)通过无溶剂法，将LTTMs和HDI-T直接混合制得含有动态酚类氨基甲酸酯键的动态聚氨酯。其在可见光范围内的透过率约为87％,具有良好的透明性;在波长小于400 nm的紫外光区域，透过率逐渐降低至0,具有出色的紫外屏蔽能力。动态聚氨酯在温度≥100℃时表现出显著的动态特征，特征松弛时间(τ)小于10 mine随着焦性没食子酸含量的升高，其交联密度、玻璃化转变温度、储能模量、拉伸强度和模量均有所提高。试验所测的动态聚氨酯最高拉伸强度和模量分别为53.5±3.25 MPa和0.59±0.049 GPa。动态聚氨酯具有划痕修复和回收利用的能力，大部分表面划痕可在120℃条件下加热5 min得以修复，且动态聚氨酯最高可以在重复加工成型三次后仍恢复至自身最初拉伸强度的70.11％。 （3）将杨木粉直接加入到LTTMs和HDI-T的混合体系中，通过热压成型制备杨木粉/动态聚氨酯复合材料。杨木粉和动态聚氨酯之间存在氨基甲酸酯共价键、氢键以及分子间作用力，使得复合材料两相之间相容性好、界面结合强度高。试验所得的复合材料最高拉伸和弯曲强度分别为55.37±4.49MPa和88.22±3.67MPa（杨木粉含量70 wt％）最高拉伸和弯曲模量分别为1.83±0.35 GPa和3.66±1.00 GPa（杨木粉含量80 wt％）,最高冲击强度为6.80±0.98 kJ/m2（杨木粉含量50 wt％）。复合材料中的杨木粉含量的增加可以提高其储能模量和玻璃化转变温度，改善其蠕变和热膨胀行为，加大其在木粉分解阶段的失重速率。杨木粉/动态聚氨酯复合材料具有较好的重复加工成型的能力，重复加工成型后拉伸强度最高恢复至92.3％,拉伸模量最高提升至101.3％,弯曲强度和模量最高恢复至90.4％和87.6％,冲击强度最高恢复至88.2％（杨木粉含量50 wt％）。 （4）利用碱处理杨木粉与LTTMs和HDI-T混合体系复合制备出具有“砖砌”形貌的仿贝壳珍珠母结构杨木粉/动态聚氨酯复合材料。复合材料在杨木粉含量超高的情况下（90 wt％和95 wt％）具有更明显的“砖砌”结构。其最高拉伸和弯曲强度分别为76.16±2.25 MPa和134.63±7.02 MPa（杨木粉含量90 wt％）;其最高拉伸和弯曲模量分别为2.44±0.19 GPa和7.59±0.23 GPa（杨木粉含量95 wt％）;其最高冲击强度为6.11±0.83kJ/m2（杨木粉含量80wt％）。杨木粉经过碱处理后复合材料的拉伸强度和模量、弯曲强度和模量以及冲击强度分别提高了 65％和27％、165％和184％以及72％（杨木粉含量90 wt％）。随着杨木粉含量的增加，其储能模量和玻璃化转变温度升高，蠕变和热膨胀降低，在杨木粉热分解阶段热失重更剧烈。仿贝壳珍珠母“砖砌”结构杨木粉/动态聚氨酯复合材料具一定的重复加工成型能力，含有80 wt％杨木粉的二次成型复合材料力学性能恢复能力最好，其拉伸强度恢复至76.7％,拉伸模量提高至116.6％,弯曲强度和模量分别恢复至77.6％和84.1％,冲击强度恢复至72.8％。 收起