【摘 要】
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近年来随着石油基塑料不加控制的扩大生产和不可降解的一次性石油基塑料制品的滥用“塑料污染”已成为全球性危害。探索和开发可生物降解聚酯成为了人类十分紧迫的任务。聚(己二酸-共-对苯二甲酸丁二醇酯)(PBAT)作为一种典型的脂肪族-芳香族共聚酯,兼具脂肪族聚酯可生物降解性和芳香族聚酯优异的力学性能及加工性能,因此近年来成为环境友好材料领域研究的热点之一。然而,在合成PBAT的研究过程中普遍性的存在着四方
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近年来随着石油基塑料不加控制的扩大生产和不可降解的一次性石油基塑料制品的滥用“塑料污染”已成为全球性危害。探索和开发可生物降解聚酯成为了人类十分紧迫的任务。聚(己二酸-共-对苯二甲酸丁二醇酯)(PBAT)作为一种典型的脂肪族-芳香族共聚酯,兼具脂肪族聚酯可生物降解性和芳香族聚酯优异的力学性能及加工性能,因此近年来成为环境友好材料领域研究的热点之一。然而,在合成PBAT的研究过程中普遍性的存在着四方面问题:传统型催化剂具有一定的生理毒性且用量过多,催化效果较差;合成的PBAT产品环境降解性能较差;反应过程中,原料消耗过多、反应时间长、反应产率低;THF生成率高。本研究则有效的解决了这四方面问题。本论文主要研究结果如下:(1)采用生物质有机胍为催化剂首次利用直接熔融缩聚法合成了己二酸丁二醇酯重复单元(BA)与对苯二甲酸丁二醇酯重复单元(BT)摩尔比为50:50的 PBAT(Mw1.27×105Da,PDI 1.50~2.00,Tm131.54℃),产品色泽雪白并具有优良环境降解性能。此外,利用同种催化剂和工艺方法合成了 P(BA55-BT45)、P(BA60-BT40)。利用1H-NMR对P(BA55-BT45)共聚酯分子结构进行了表征。结果证明PBAT共聚酯分子中脂肪族聚酯(BA)重复单元与芳香族聚酯(BT)重复单元的摩尔比为2.23:1.79。这一结果与理论值极为接近,证明实验结果符合所设计的共聚物组成。DSC分析研究了 PBAT的热力学性能,结果表明随着PBAT分子中BT重复单元摩尔分数增加,Tm值上升,热稳定性提高。TGA分析表明,随着BA重复单元摩尔分数增加,热分解温度(Td,5)逐渐降低,证明PBAT分子中BA重复单元摩尔分数增加有利于提高PBAT的环境降解性能。(2)探究了投料时二元醇与二元酸摩尔比对有机胍催化法合成PBAT过程中清晰点(聚合体系达到均相体系)、反应时间、PBAT分子量、产率的影响。实验结果证明:(1)当 BA/BT=50/50 时最佳醇酸比为n(BDO):n(AA+TA)=1.45:1.00,产物 Mw 1.27×105 Da,PDI 1.79;(2)当 BA/BT=55/45 时最佳醇酸比为n(BDO):n(AA+TA)=1.42:1.00,产物 Mw1.00×105 Da,PDI 1.81;(3)当 BA/BT=60/40,n(BDO):n(AA+TA)=1.38:1.00,Mw9.75×104Da,PDI 1.84。(3)探索了 TA、AA、醇酸比、搅拌速度、酯化温度、催化剂种类及用量对副产物四氢呋喃(THF)生成率的影响。实验结果证明:TA、AA单体在BDO环化生成THF的副反应中起到催化的作用;且醇酸比越大,THF生成率越高;在190-228℃之间酯化温度越高THF生成率越低;搅拌速度越快,THF生成率越低;采用有机胍催化剂催化合成PBAT共聚酯时,THF的生成率仅为4.25%。在最佳工艺条件下,四氢呋喃生成率为4.10~4.30%,这一结果低于目前文献报道的最低值。
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