[00988808]改性天然高分子材料关键技术及应用

该项目属于轻工技术与工程和应用化学及材料科学的交叉学科领域。 该项目中的天然高分子材料是指淀粉、壳聚糖、栲胶、皮革(蛋白质纤维)等，天然高分子材料是人们赖以生存的物质基础，也是大自然赐予人类最宝贵的绿色可再生的资源。该项目的主要内容是以制革需要的绿色鞣剂及淀粉、壳聚糖、废弃皮屑等天然高分子材料的高值化改性等方面存在的技木瓶颈，研究以天然高分子改性制备绿色皮革鞣剂、减水剂、污水絮凝剂、发泡剂、清洗剂等的理论及关徤技术。 在改性天然高分子材料方面遇到的技术问题是：(1)通过降解、酯化、醚化、氧化、接枝共聚等反应引入羧基、羟基、酯基、醚鍵、支链等改性方法引入的化学基团及形成接枝共聚物不能满足应用性能的要求；(2)结构和性能的调控性差，引入侧基种类、位置及接枝链的链长及位置等的调控性差，导致了改性天然高分子产物的应用性能及效果差。因此，改性的技术瓶颈是现行的改性方法不能引入需要的化学基团及形成需要的结构。 该项目针对天然高分子自身结构特点及改性产物的用途，在国家自然科学基金面上项目及陕西省自然科学基金项目等资助下，进什改性天然高分子的结构和性能的可控制备的研究，主要从引入的化学基团及接枝链的位置和长度等方面进行调控，发现了引入化学基团及改性产物结构和性能的可控制备的关键技术，为高效高值化改性天然高分子奠定了理论和技术基础。 主要技术内容： (1)发现了酚类单体接枝改性淀粉及壳聚糖的结构与性能可控制备的关鍵技术，在制备具有短支链、高接枝频率的梳形结构改性淀粉及壳聚糖鞣剂方面获得了突破，解决了在淀粉基结构中引入酚类基团及其支链的聚合度难控制的技术难题，获得了鞣制效果好的改性淀粉、改性壳聚糖、改性栲胶等天然高分子鞣剂。 (2)发现了无甲醛制备酚类聚合物及酚类单体与乙烯基单体共聚的关健备技术，解决了酚类单体的无甲醛聚合及聚合度可控制备的技术难题，获得了无甲醛酚类聚合或与丙烯酸类单体共聚形成的绿色皮革鞣剂。 (3)发现了乙烯基单体接枝改性淀粉的结构和性能可控制备的关键技术，技木特征是接枝链长度可控且接枝效率和接枝频率高，形成了接枝链可以调控且分布均匀的梳形结构。通过结构和性能可控制备技术，可以将淀粉、壳聚糖、废皮屑等制备成为皮革鞣剂/皮革复鞣剂/水泥减水剂/污水絮凝剂/污泥脱水剂/发泡剂/洗涤剂等。 (4)研究并发现了氧化石墨烯纳米材料在皮革鞣制、污水处理等方面的应用，研究并获得了改性氧化石墨烯及其复合物鞣剂、加酯剂等。 授权专利及发表论文和人才培养情况： 该项目获得授权的发明专利37件，其中改性天然高分子鞣剂的发明专利12件，氧化石墨烯鞣剂发明专利12件，改性天然高分子减水剂、絮凝剂、清洗剂等发明专利13件；发表论文67篇，其中SCI收录12篇，EI收录31篇，其中SC1一区和二区论文5篇，被SCI论文引用127次，被Ei论文引用147次；参编专著教材3本，其中参编壳聚糖改性及应用英文专著1部，编写了第7章“High performance superplasticiser based on chitosan”；培养博士2人，培养颂士研究生17人，3人获得陕西科技大学优秀硕士论文。 主要技术经济指标： (1)利用淀粉、壳聚糖、废革屑等制备的鞣剂、减水剂、絮凝剂等产品中天然高分子的含量占到15％～20％，产品的固含量30％～40％；其中鞣剂的摻量为皮重6％～12％；絮凝剂、脱水剂等的固体摻量为污水、污泥的0.5％～1％；减水剂的固体摻量为水泥质量的0.20～0.30％。 (2)改性天然高分子鞣剂、减水剂等价格比同类合成产品低30％～50％，其性价比高、效果明显著。 (3)改性天然高分子产品从主要原料、制备过程及产品具有绿色、清洁化等特征，可提高天然高分子材料的附加值100～200％，减少污染物30％～50％，推广使用会产生明显的社会经济效益。 促进行业科技进步作用及应用推广情况： 改性淀粉、壳聚糖和皮革胶原纤维等用于制备皮革鞣剂、絮凝剂、脱水剂、减水剂等方面产业化了12个，专利权许可、独占及转让了10个，近三年该项目成果新增现产值8.28亿元，新增利润0.76亿元；近三年累计销售額16.5亿元，累计利润1.50亿元。该项目成果的应用减少了格鞣剂6000多吨，减少了石油化工原料8700多吨。该项目成果的应用推动了改性天然高分子材料的技术进步及应用范围。