[发明专利]木质素-丙烯酰胺-苯乙烯接枝共聚物，制法及应用

说明书

本发明是关于木质素-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。

本发明提供了一种方法，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。如不采用本发明的方法，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。

本发明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。

本发明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。本发明还提供了一种方法，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，本发明包含了一种木质素-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。

本发明还提供了一种方法，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。