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不可降解塑料的大量使用引发了严重的环境污染问题,寻找替代的可生物降解塑料制品逐渐成为各国关注及研发的热点。其中,可生物降解聚合物脂肪族聚碳酸酯(APCs)因其在可降解农用地膜、一次性食品包装袋和生物医学、固态电解质等领域具有广泛的应用前景而受到了人们的普遍关注,且这类材料可以间接由工业废气CO2转化得到,从而提高资源的循环利用率。但是,APCs的主链是脂肪烃,分子间作用力较小,这使得其熔融温度、玻璃化温度和力学性能都比较低,极大限制了它的应用范围。因此,对APCs进行改性研究意义非凡。在APCs中,聚碳酸丁二醇酯(PBC)由于综合性能优异、来源广、价格低廉,具有良好的工业化应用前景。因此本论文选择对PBC进行共聚改性研究,以提高它的热、力学以及结晶性能,扩大应用范围。 本文通过嵌段和无规共聚的方法,在PBC主链中引入不同的基团,分别制备了聚(碳酸丁二醇酯-b-癸二酸丁二醇酯)(PBC-PBSe)和聚(碳酸丁二醇酯-b-癸二酸乙二醇酯)(PBC-PESe)多嵌段共聚物,以及聚(碳酸丁二醇酯-co-1,4-环己烷二甲醇酯)(PBCC)、聚(碳酸丁二醇酯-co-呋喃二甲酸丁二醇酯)(PBCF)和聚(碳酸丁二醇酯-co-富马酸丁二醇酯)(PBCFu)无规共聚物,同时研究了其结构与性能之间的关系,主要内容和结果如下: 1)采用酯交换缩聚法制备羟基封端的聚碳酸丁二醇酯(PBC-OH)以及生物质聚癸二酸丁二醇酯(PBSe-OH)和聚癸二酸乙二醇酯(PESe-OH)预聚物。以六亚甲基二异氰酸酯(HDI)为扩链剂,通过本体扩链法合成了一系列生物质PBC-PBSe和PBC-PESe多嵌段共聚物。这些多嵌段共聚物都保持了各自链段的熔点,同时PBSe和PESe链段的引入还提高了PBC的结晶速率和热稳定性,除此之外,共聚物的水解速率随着PBSe和PESe链段含量的增加而加快,但是嵌段共聚物的力学性能如拉升强度、杨氏模量和断裂伸长率却有所下降。 2)以碳酸二苯酯(DPC)、1,4-丁二醇(BD)和刚性环状结构的反式-1,4-环己烷二甲醇(CHDM)为原料,通过两步熔融酯交换缩聚法制备了重均分子量(Mw)大于1.09×105g/mol的聚(碳酸丁二醇酯-co-碳酸1,4环己烷二甲醇酯)(PBCC)无规共聚物。该共聚物具有单一的玻璃化温度,且玻璃化温度随环己烷碳酸酯(CC)单元含量的增加而呈现单调增大的趋势;共聚物的熔点和熔融焓随共聚物中CC结构单元含量的增加呈现先减小后增大的趋势。PBCC共聚物的晶型很大程度上依赖于共聚物的组成。随着共聚物中CC单元含量的增加,共聚物的晶型从PBC转变成聚碳酸1,4环己烷二甲醇酯(PCC)的晶型。另外,随着CC单元含量的增加,PBCC共聚物的拉伸强度和杨氏模量先减小后增大,断裂伸长率则呈现相反的变化趋势。PBCC共聚物具有较好的生物降解性能。 3)以碳酸二甲酯(DMC)、BD和芳环结构的生物质2,5-呋喃二甲酸二甲酯(DMFD)为起始原料,通过两步熔融酯交换缩聚法制备了Mw高于4.71×104g/mol的聚(碳酸丁二醇酯-co-2,5-呋喃二甲酸丁二醇酯)(PBCF)无规共聚物。PBCF共聚物具有单一的玻璃化温度,且玻璃化温度随2,5-呋喃二甲酸丁二醇酯(BF)结构单元含量的增加而呈现逐渐增大的趋势。PBCF的熔点以及熔融焓随共聚物中BF结构单元含量的增加呈现先减小后增大的趋势。另外,一定含量的BF单元还可以提高PBC的等温结晶速率。共聚物晶体的类型与共聚物的组成紧密相关,随着共聚物中BF单元含量的增加,共聚物的晶型从PBC向聚2,5-呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)晶型转变。共聚物的力学性能也由共聚物的组成决定,随着BF单元含量的增加,PBCF共聚物的拉伸强度和杨氏模量呈现先减小后增大的趋势。 4)以DMC、BD和生物质富马酸为起始原料,制备了高分子量的含有刚性不饱和烯键的聚(碳酸丁二醇酯-co-富马酸丁二醇酯)(PBCFu)无规共聚物。共聚物具有单一的玻璃化温度,并且其玻璃化温度随富马酸结构单元含量的增加而呈现逐渐增大的趋势,共聚物的熔点以及熔融焓随共聚物中富马酸结构单元含量的增加呈现先减小后增大的趋势。富马酸中刚性的碳碳不饱和双键提高了分子链的刚性,进而提升了共聚物的热性能,另外,聚富马酸丁二醇酯(PBF)作为优异的成核剂提高了PBC的等温结晶速率。共聚物晶体的类型与共聚物的组成具有很大的相关性。共聚物的力学性能和共聚物的组成紧密相关,随着富马酸单元含量的增加,共聚物的拉伸强度和杨氏模量也呈现先减小后增大的趋势,断裂伸长率的变化趋势则相反。