【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高分子合成材料领域，具体涉及一种生物基聚苯乙烯树脂材料及其制备方法。
技术介绍
1、聚苯乙烯作为一种传统的热塑性材料，具有透明度高，透光率高，电绝缘性能好，容易着色，加工性能优异等优点，广泛应用于建筑、包装、制药、电子元件等各个领域。聚苯乙烯树脂是通过苯乙烯单体自由基聚合得到的，而传统苯乙烯单体是由石化乙苯脱氢制备，其生产高度依赖石油资源，面临资源不可再生的问题。
2、近年来，随着石油资源的紧缺，人们对生物质资源进行了大量的研究，其中生物基高分子材料通过可再生的生物质资源制备，能够克服石油资源短缺造成的不利影响。生物基高分子材料是指利用可再生生物质原料，通过生物、化学以及物理等方法制造的新型聚合物材料，能够最大限度地替代钢材、水泥、石油基塑料等不可再生材料，具有绿色环保、原料可再生等特性。
3、综上所述，如何进一步拓宽聚苯乙烯制备原料的范围，减少对传统聚苯乙烯制备对石油基来源的苯乙烯的依赖，是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于木质素衍生物的聚苯乙烯树脂材料体系，采用木质素衍生物单体均聚或者与苯乙烯共聚合，得到替代或者部分替代石油基苯乙烯的生物基聚苯乙烯树脂。该体系组成的生物基聚苯乙烯树脂材料具有玻璃化转变温度高、原料环保可持续等优点。
2、第一方面，本专利技术提供一类生物基聚苯乙烯树脂材料，所述生物基聚苯乙烯树脂材料由木质素衍生物均聚或者木质素衍生物与苯乙烯共聚制备得到，所述生物基聚苯乙烯树脂材料的分子
3、结构通式为：
4、其中，m≥0，n＞0，m、n为自然数；r1为h、-ococh3或-och3，r2为h或-och3。
5、进一步的，所述的生物基聚苯乙烯树脂由以下原料制成：苯乙烯、木质素衍生物、自由基引发剂；以摩尔份数计，苯乙烯0-99份；木质素衍生物1-100份；自由基引发剂添加量为苯乙烯单体和木质素衍生物单体添加量质量之和的0.01-0.1％。
6、进一步的，所述木质素衍生物包括阿魏酸衍生物、咖啡酸衍生物、对香豆酸衍生物、芥子酸衍生物的至少一种，分子式分别为：
7、
8、第二方面，本专利技术提供一类生物基聚苯乙烯树脂材料的制备方法，具体包括以下步骤：
9、s1、将苯乙烯单体、木质素衍生物、乙苯溶剂和自由基引发剂搅拌溶解成第一有机相溶液；所述木质素衍生物单体添加量不低于苯乙烯单体、木质素衍生物单体质量之和的1％；
10、s2、将第一有机相溶液加热到所述自由基引发剂的引发温度进行自由基聚合反应，得到含有生物基聚苯乙烯树脂的粗产物；
11、s3、将所述含有生物基聚苯乙烯树脂的粗产物用有机溶剂溶解后，倒入第二有机相中沉淀；
12、s4、将沉淀物过滤、洗涤，真空干燥后，得到所述生物基聚苯乙烯树脂材料。
13、进一步地，所述自由基引发剂添加量为苯乙烯单体和木质素衍生物单体添加质量之和的1-2％。
14、进一步的，步骤s1中的木质素衍生物包括阿魏酸衍生物、咖啡酸衍生物、对香豆酸衍生物和芥子酸衍生物的至少一种。
15、进一步的，步骤s1中的自由基引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈等自由基引发剂的至少一种。
16、进一步的，步骤s2中的聚合反应温度为80-90℃，反应时间为4-6小时，搅拌速度为100-150r/min。
17、进一步的，步骤s3中的所述有机溶剂为四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺、三氯甲烷中的至少一种。
18、进一步的，步骤s3中的所述的第二有机相为甲醇、乙醇中的至少一种；与步骤s3所述有机溶剂互溶性较好。
19、进一步的，步骤s4中的真空干燥温度为40-50℃，干燥时间为6-8小时。
20、第三方面，本专利技术还提供一种木质素衍生物的制备方法，通过脱羧反应和酚羟基酰基化得到。
21、进一步地，具体包括以下步骤：
22、t1、将来源于木质素中的一种有机羧酸、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)加入装有回流搅拌装置的反应器中，溶解；加入三乙胺，在90-100℃条件下搅拌回流反应4-5h，反应结束后冷却至室温；
23、t2、将混合溶液萃取、旋蒸、干燥，得到有机相；
24、t3、将步骤t2中所得的有机相和三乙胺以质量比1：(2～5)加入反应器中，在0℃的冰水浴条件下，恒压环境中，滴加乙酸酐，搅拌20-24h；
25、t4、将反应混合物溶液旋蒸除去三乙胺，之后萃取、旋蒸、干燥，所得有机相即为木质素衍生物。
26、进一步地，所述来源于木质素中的一种有机羧酸选自阿魏酸、咖啡酸、对香豆酸、芥子酸中的一种。
27、进一步地，所述来源于木质素中的一种有机羧酸和n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、三乙胺的添加质量比为1：2：1。
28、进一步地，所述步骤t2中，先加入去离子水和甲基叔丁基醚萃取分液，取上层有机相溶液在40-50℃下旋蒸除去甲基叔丁基醚，并加入无水硫酸钠除去体系中的水分，所得有机相。
29、进一步地，所述步骤t4中，将反应混合物溶液在50-60℃下旋蒸除去三乙胺，随后将混合溶液加入甲基叔丁基醚和去离子水萃取分液，取上层有机相溶液在40-50℃下旋蒸除去甲基叔丁基醚，并加入无水硫酸钠除去体系中的水分，所得有机相即为木质素衍生物。
30、有益效果：
31、(1)阿魏酸衍生物、咖啡酸衍生物、对香豆酸衍生物、芥子酸衍生物由阿魏酸、咖啡酸、对香豆酸、芥子酸等通过脱羧反应和酚羟基酰基化得到。合成所用木质素衍生物为生物质来源，属于可再生绿色资源，对减少石化能源消耗与生态环境十分友好；
32、(2)阿魏酸衍生物、咖啡酸衍生物、对香豆酸衍生物、芥子酸衍生物由阿魏酸、咖啡酸、对香豆酸、芥子酸含有苯环、双键等刚性、活性官能团，能够进行自由基聚合；采用自由基本体聚合的方法，合成方法成熟、工艺简单、产品纯度高；
33、(3)制备出的生物基聚苯乙烯材料同传统聚苯乙烯相比较，具有较高的玻璃化转变温度，是石油基聚苯乙烯树脂材料的良好替代产品，具有较好的实施价值和市场前景。
34、(4)与传统石油基聚苯乙烯对比研究发现，制得的生物基聚苯乙烯样条抗冲强度达到11.33kj/m2，比未添加生物基单体时聚苯乙烯的冲击强度(9.27kj/m2)有着显著提高。
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1.一类生物基聚苯乙烯树脂材料，其特征在于，所述生物基聚苯乙烯树脂材料由木质素衍生物均聚或者木质素衍生物与苯乙烯共聚制备得到，所述生物基聚苯乙烯树脂材料的分子量为10-1000kg/mol，
2.根据权利要求1所述的生物基聚苯乙烯树脂材料，其特征在于，所述的生物基聚苯乙烯树脂由苯乙烯、木质素衍生物、自由基引发剂聚合制备得到；其中，以摩尔份数计，所述苯乙烯0-99份；木质素衍生物1-100份；自由基引发剂添加量为苯乙烯单体和木质素衍生物单体添加量质量之和的0.01-0.1％。
3.根据权利要求1所述的生物基聚苯乙烯树脂材料，其特征在于，
4.一类如权利要求1-3任一所述的生物基聚苯乙烯树脂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述自由基引发剂添加量为苯乙烯单体和木质素衍生物单体添加量质量之和的0.01-0.1％。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的木质素衍生物包括阿魏酸衍生物、咖啡酸衍生物、对香豆酸衍生物和芥子酸衍生物的至少一种。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的有机溶剂为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、三氯甲烷中的至少一种。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述木质素衍生物通过脱羧反应和酚羟基酰基化得到。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述木质素衍生物的制备步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一类生物基聚苯乙烯树脂材料，其特征在于，所述生物基聚苯乙烯树脂材料由木质素衍生物均聚或者木质素衍生物与苯乙烯共聚制备得到，所述生物基聚苯乙烯树脂材料的分子量为10-1000kg/mol，
2.根据权利要求1所述的生物基聚苯乙烯树脂材料，其特征在于，所述的生物基聚苯乙烯树脂由苯乙烯、木质素衍生物、自由基引发剂聚合制备得到；其中，以摩尔份数计，所述苯乙烯0-99份；木质素衍生物1-100份；自由基引发剂添加量为苯乙烯单体和木质素衍生物单体添加量质量之和的0.01-0.1％。
3.根据权利要求1所述的生物基聚苯乙烯树脂材料，其特征在于，
4.一类如权利要求1-3任一所述的生物基聚苯乙烯树脂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：冷雪菲，杨云超，李杨，韩丽，王艳色，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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