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在现今温室效应导致全球气候异常和石油资源短缺导致碳源枯竭的现实状况下,由二氧化碳和环氧丙烷共聚合成的聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)由于其对二氧化碳的固定和可完全降解特性,成为环境友好高分子材料研究领域中的一个热点。近年来,本课题组在PPC合成、改性和产业化应用方面取得了突出的成果。在合成方面通过优化实验条件,以较高的催化效率制备得到了高分子量的PPC,具有优良的加工性能和气体阻隔性。
工业化生产得到的未经纯化的PPC由于其中含有的低分子量组分和副产物如环状碳酸酯、聚醚等造成了热性能和力学性能的不足,同时残留其中的催化剂会使PPC在某些方面的应用上不能满足安全性上和产品外观上的要求。本论文为达到去除环状碳酸酯及残留的催化剂等杂质的目的,研究了以丙酮/乙醇为混合溶剂的溶胀法对未经脱挥处理的PPC原料的纯化效果。实验利用HNMR和ICP等检测手段对PPC的杂质残留量进行了评估,优化了PPC纯化条件。通过力学、热性能的表征评估了纯化对PPC性能带来的改善。在综合评估丙酮/乙醇为混合溶剂辅以盐酸的溶胀法的纯化效果基础上,提出了适用于工业化的PPC纯化工艺,使经过纯化后的PPC在性能及安全性上能够满足不同实际应用的要求。
为了提高PPC的力学强度和耐热性,本论文以甲苯二异氰酸酯(TDI)作为扩链增容剂通过在熔融共混过程中原位扩链增容的方法制备了PPC/PLA增容改性共混合金。通过扫描电子显微镜研究了在加入二异氰酸酯增容后共混物的微观形貌,发现PPC/PLA二元共混体系中两相界面逐步消失,两相的结合能力变强。共混物拉伸强度随TDI加入量的增加而增大,同时在TDI加入量不超过2phr时共混体系的拉伸断裂伸长率增大,韧性增强。热重分析表明,当TDI加入量少于1phr时能使到共混体系-5%热失重温度和最大热失重温度都得到了提高。共混物的维卡软化点也随TDI的加入量增加而变高,从没有加入TDI时的38℃附近升高到了TDI加入量为5phr时的45℃以上。可以认为TDI加入后带来的增容效果,使PLA相与PPC相的相容性得到改善,从而使得共混体系的耐热性和力学性能得到了明显的提高。此外,TDI的加入在共混体系中引入的交联部分也为共混物性能的改善作了贡献。
为了开发PPC在薄膜方面的应用,本论文利用己二酸-对苯二甲酸-丁二酯共聚物(PBAT)在力学性能及耐热性上的优点弥补PPC在薄膜制备上的不足,通过三螺杆混合制备了系列PBAT/PPC共混材料并通过管膜法制备了PBAT/PPC薄膜。研究了PBAT/PPC薄膜的力学及热性能,并通过扫描电镜对薄膜微观形貌的观测及共混材料的流变学性能研究了影响共混材料薄膜制备稳定性及薄膜力学性能的因素。从SEM图片上可以清楚看到薄膜表面的延纵向的取向纹路。薄膜样品在制备时沿机器牵引的纵向方向取向使得就同一个样品而言,纵向拉伸强度较横向拉伸强度要大,而横向撕裂强度较纵向撕裂强度要大。对PBAT/PPC共混材料的流变学性能研究发现,PPC的加入使共混物黏流活化能增大,从而减少了共混材料在管膜法薄膜制备过程中对冷却设备的依赖性。在同等的冷却条件下,PPC含量较大的共混物由于具有较大的黏流活化能而具有较高的熔体强度,因而具有较好的膜泡稳定性。