[发明专利]一种光诱导有机催化木质素接枝改性的方法

说明书

本发明公开了一种光诱导有机催化木质素接枝改性的方法，木质素与烷基酰卤引发剂反应合成木质素大分子引发剂，然后在惰性气氛中，与乙烯类单体、催化剂、溶剂混合，在紫外光或可见光辐射下进行原子转移自由基聚合，得到木质素基聚合物。本发明优势在于，有机催化剂能够避免产物中的金属残留，光诱导自由基聚合具有良好的时空控制性，木质素引发多种单体接枝聚合，可获得多种新型结构可控的木质素基聚合物。

技术领域

本发明属于高分子材料合成领域，具体涉及一种光诱导有机催化木质素接枝改性的方法。

背景技术

木质素是仅次于纤维素的第二大生物质资源，可广泛的应用于生物基材料领域，有利于减少化石资源的消耗和生态环境的保护。目前，将木质素再利用的方法主要有两种：1)未修饰的木质素与材料物理混合，以改善材料本身的热力学性能。但由于结构本身π-π堆积相互作用的聚集现象，材料间的相容性较差，材料的强度和可塑性不佳，极大的限制了在工业领域的应用；2)将木质素化学修饰改性后增强聚合物的热塑性和材料的兼容性。木质素结构中含有丰富的羟基结构，例如酚醛树羟基、脂脂族羟基等，可在木质素结构上接枝具有特殊功能性基团的聚合物，合成具有特殊功能性材料。

原子转移自由基聚合(ATRP)是制备木质素基接枝共聚物最广泛的改性修饰方法之一，通过对控制接枝链的分子量和接枝密度合成有明确分子结构、低分散性的大分子聚合物。而目前的ATRP修饰木质素一般采用金属催化剂(Cu⁺¹,Cu⁺²)，合成的木质素基聚合物中有着金属残留等问题，具有一定的细胞毒性，这极大的限制了木质素在生物医疗等领域的应用。另一方面，有机催化的原子转移自由基聚合(Organocatalyzed atom transferradical polymerization)具有催化效率高，无金属催化剂残留等问题，在聚合领域已经引起了广大科研工作者的兴趣。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种无金属残留，催化条件温和，安全高效制备较低分散度、高分子量、有较好热力学性能的木质素基大分子功能性材料的方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种光诱导有机催化木质素接枝改性的方法，包括如下步骤：

(1)木质素与烷基酰卤引发剂反应合成木质素大分子引发剂；

(2)在惰性气氛中，将步骤(1)得到的木质素大分子引发剂、乙烯类单体、催化剂、溶剂混合，在紫外光或可见光辐射下进行原子转移自由基聚合，得到木质素基聚合物。

具体地，上述反应合成路线如图1所示；其中，产物中m的取值范围为1～600。

优选地，步骤(1)中，所述烷基酰卤试剂为2-溴代异丁酰溴、2-溴丙腈、磺酰氯、2,2-二氯苯乙酮、二苯基溴甲烷或三氯甲烷，各结构如图2所示；所述木质素为硫酸盐木质素、有机溶剂溶解的木质素、木质素磺酸盐、苏打木质素。

具体地，步骤(1)中反应在三乙胺作用下完成，其中，所述木质素中羟基与烷基酰卤引发剂的反应摩尔比为1：1～3。

优选地，步骤(2)中，所述乙烯类单体为甲基丙烯酸苄基酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯、2-甲基-2-丙烯酸异癸酯、2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸酯类单体、以及丙烯腈、苯乙烯或异丙基丙烯酰胺中的任意一种，以上乙烯类单体分子结构如图3所示。