木质素-丙烯酰胺-苯乙烯接枝共聚物，制法及应用制造技术

一种木质素或含木质素物质－丙烯酰胺－苯乙烯的接枝共聚物，该种接枝共聚物具有一个中心木质素网络，以及至少一个接枝支链Ｒ，该接枝支链含有式Ⅰ的无规重复单元，同时还结合式Ⅱ的聚苯乙烯的无规重复单元，中心木质素网络的分子量大约是１，０００至１５０，０００，因此总的接枝共聚物的分子量是１，０００至３０，０００，０００。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于木质素-丙烯酰胺-苯乙烯的接枝共聚物，制法及应用。热固性材料和热塑性材料具有重大的性能优点，因为按单位重量它们能提供较高的强度。这些优点大提高了生产小至消费者用品大至复杂的工业设备的功效。但是，从纯的热固性材料或热塑性材料来制备商品常常要花费较高的成本，因为原料价格和成形价格较高。如果部件能够用标准的热塑模制工艺来制造，而且在强度高的双组份原料中含有大量的工业废弃物-木质素，那就有利得多。采用这一方法，就可以补偿高的原料成本和高的成形价格的不足。在过去已成功地用水溶性的、具有中等极性的单体如丙烯酰胺制得了含木质素物质的接枝共聚物。然而，如果用类似的取代乙烯，但具有不同的偶极矩和大大减低了的水溶解度，来代替以前公布过的合成方法中的丙烯酰胺的话，则含木质素物质的接枝会出现问题。如果乙烯类单体的偶极矩低于1.2或高于1.8，以及如果它们在30℃、100克水中的溶解度低于5.0克，则按照以前公布过的方法而不作重大改进，会导致无接枝共聚物生成。本专利技术提供了一种方法，可以将来自桦木、红栎、杨木或其他树种的木质素转化成有用的和合乎需要的物品。该产物就是木质素和苯乙烯，或和丙烯酰胺，或和苯乙烯及丙烯酰胺两者生成的接枝共聚物。这是一种硬度大、强度高的热塑性材料，可以被模塑、浇铸、以及挤压成部件、设备和消费品。如不采用本专利技术的方法，木质素和聚苯乙烯或木质素和它的共聚物的混合物将会是相分离的。这种两相混合物不能被用来生产部件和物品。本专利技术包含一种木质素的接枝共聚物，该木质素是指含有木质素的某种物质，即至少是木质素、木材、木材纤维和木材纸浆中的一种。接枝了的木质素具有中心木质素网络，以及至少一个接枝支链。该种接枝支链含有无规重复的单元R1和R2，而R1和R2中至少有一种单元是可以用自由基聚合反应聚合的取代了的乙烯化合物。R1和R2可选自带有乙烯基的烷、烯、酰胺、酸、醇、醇盐、酯、以及其他带有一个或多个取代基的乙烯化合物，这些取代基是，卤素、环烷类、酚以及腈，而这些取代基还可进一步为一个或多个基团所取代。本专利技术提供了一种木质素接枝共聚物，它具有所希望的热塑性塑料性能强度、抗冲击性以及较高温度时的可加工性。本专利技术还提供了一种方法，可以在聚合反应期间提高聚合物的分子量和聚合物产率。在选出的一个具体实例中，本专利技术包含了一种木质素-丙烯酰胺-苯乙烯的接枝共聚物，它具有中心木质素网络，以及至少一个接枝支链R，该接枝支链含有无规重复的单元 该种接枝共聚物中，中心木质素网络的分子量大约是1，000-150，000，在单个或多个接枝支链中的无规重复单元的总数大约是5-300，000，因此整个共聚物的分子量大约是1，000-30，000，000。最终的共聚物分子能够带有多个支链。优先选用的聚丙烯酰胺重复单元与聚苯乙烯重复单元的摩尔百分数比例范围大约是0.0-99.8，而聚苯乙烯重复单元与聚丙烯酰胺重复单元的摩尔百分数比例大约是100.0-0.2。本专利技术还提供了一种方法，可以用来制备高产率的或高木质素含量的木质素接枝共聚物，产物具有所希望的热塑性塑料性质。与以前的制备方法(如美国专利4，889，902)相比较，本方法在聚合反应期间提高了聚合物的分子量和聚合物的产率。优先选用的方法包括了用一系列的步骤来合成木质素和单体的接枝共聚物，该共聚物具有中心木质素网络和至少一个接枝支链支链R，该种接枝支链具有无规重复的单元 式中，Y可以是苯基，因此单个无规重复的单元是 或Y可以是酰胺基，因此单个无规重复的单元是 或Y可以是任何别的取代基，而带有该种取代基的乙烯仍可以用自由基聚合反应进行聚合。本专利技术提供了一种高分子量的木质素接枝共聚物。该木质素是指含有木质素的某种物质，即至少是木质素、木材、木材纤维和木材纸浆中的一种。接枝了的木质素具有中心木质素网络，以及至少一个木质素支链。该种接枝支链含有无规重复的单元R1和R2，而R1和R2中至少有一种单元是可以用自由基聚合反应聚合的取代了的乙烯化合物。R1和R2上的支链基团可选自烷、烯、酰胺、酸、醇、醇盐、酯、卤素、环烷、酚以及腈，而这些支链基团上，还可以有一个或多个取代基。本专利技术提供了一种木质素接枝共聚物，它具有所希望的热塑性塑料性能强度、抗冲击性以及较高温度时的可加工性。本专利技术还提供了一种方法，可以在聚合反应期间提高聚合物的分子量和聚合物产率。在选出的一个具体实例中，本专利技术包含了一种木质素-丙烯酰胺-苯乙烯的接枝共聚物，它具有中心木质素网络，以及至少一个接枝支链R，该接枝支链含有无规重复的单元 和 该种接枝共聚物中，中心木质素网络的分子量大约是1，000-150，000，在单个或多个接枝支链中的无规重复单元的总数大约是5-300，000，因此整个共聚物的分子量大约是1，000-30，000，000。最终的共聚物分子能够带有多个支链。优先选用的聚丙烯酰胺重复单元与聚苯乙烯重复单元的摩尔百分数比例范围大约是0.0-99.8，而聚苯乙烯重复单元与聚丙烯酰胺重复单元的摩尔百分数比例范围大约是100.0-0.2。本专利技术还提供了一种方法，可以用来制备高产率的或高木质素含量的木质素接枝共聚物，产物具有所希望的热塑性塑料性能。与以前的制备方法(如美国专利4，889，902)相比较，本方法在聚合反应期间提高了聚合物的分子量和聚合物的产率。这一新方法防止了在使用具有不同偶极矩和大大减低了的水溶解度的别种单体来代替丙烯酰胺时所遇到的合成上的失败。为了使偶极矩低于1.2或高于1.8，在30℃、100克水中的溶解度低于5.0克的乙烯类单体能够和含木质素物质反应来制备含木质素的接枝产物，就需要在反应期间连续不断的搅拌，并且最好在一个控制了的搅拌速度下搅拌。这种搅拌是极为重要的，如果没有搅拌，则不可能制得木质素的接枝共聚物。优先选用的方法包括了用一系列的步骤来合成木质素和单体的接枝共聚物，该共聚物具有中心木质素网络和至少一个接枝支链R，该种接枝支链具有无规重复的单元 式中，Y可以是苯基，因此单个无规重复的单元是 或Y可以是酰胺基，因此单个无规重复的单元是 或Y可以是任何别的取代基，而带有该种取代基的乙烯仍可以用自由基聚合反应进行聚合。木质素来源于木本植物。事实上，在高等植物的木质素结构中，它是仅次于纤维素的主要成份。木质素大约占木材干重的25%，它的作用是把纤维素纤维粘合在一起形成坚硬的木质结构(参见Biochemistry一书，作者A.L.Lehninger，出版者Worth Publishers，1970年)。木质素的来源是丰富的。虽然来自木材工业的木材和树皮的废料以及来自农业生产的废料能够提供极其大量的木质素，但是最容易得到的，即使量少一些的来源也许是纸浆和造纸工业。例如，据估计在1978年间美国的化学纸浆工业生产了1.55×107吨碱法木质素和1.6×106吨木质磺酸(参见，Encyclopedia of Chemical Technology一书，卷14，出版者Kirk-Othmer，1981年)。通常，木质素分子中的重复单元的结构和苯环上碳原子编号如下式所示 尽管木质素的来源有所不同，但它似乎总是一种复杂的氧苯基丙基聚合物。天然存在的木质素是高度支化的和部分交联的聚合物，然而，支化结构也许有些不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含木质素物质的接枝共聚物，所述的含木质素物质至少是碱法木质素、盐酸木质素、酸法木质素、克拉森法（Ｋｌａｓｓｅｎ）木质素、溶剂提取法木质素、水蒸汽裂解法木质素、碾磨法木质素、１、４－二氧六环法木质素、碱法提取酸法析出的硬木木质素、木材、木材纤维、以及木材纸浆之中的一种，所述的含木质素物质的接枝共聚物具有一中心木质素网络，以及至少一个接枝支链，该接枝支链含有无规重复单元Ｒ，该Ｒ是由至少一种取代乙烯经自由基聚合反应而生成的，该种取代乙烯在３０℃、１００克水中的溶解度小于５．０克，偶极矩小于１．８Ｄ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰J曼斯特，陈孟久，
申请(专利权)人：约翰J曼斯特，陈孟久，
类型：发明
国别省市：US[美国]