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邻苯二甲酸酯类增塑剂的用量约占增塑剂总量的80%。研究表明,邻苯二甲酸酯类增塑剂具有潜在的毒性和致癌性,会对人体健康和周围环境产生极大的威胁。同时,随着石油资源的日益短缺,传统的石油基增塑剂的发展必将面临瓶颈。开发环保、高效和耐迁移的生物基增塑剂逐渐成为增塑剂行业的研究热点。本文从增塑剂的化学结构入手,分别以来源于可再生资源的异山梨醇、对羟基肉桂酸和2,5-呋喃二甲酸为原料,设计和合成了一系列新型的生物基增塑剂,并评估了这些生物基增塑剂替代石油基增塑剂的可行性。此外,系统地研究了增塑剂的化学结构变化对其增塑性能的影响,为进一步设计和开发高效的生物基增塑剂提供了实验依据。本论文主要包括以下四个方面的内容:1.以来源于可再生资源的异山梨醇为原料,合成了一种生物基增塑剂——二辛酸异山梨醇酯(SDO),研究了SDO含量变化对聚乳酸(PLA)增塑行为的影响。结果发现,随着SDO的含量由0 wt%增加到20 wt%,其玻璃化转变温度(T_g)由60.7~oC降低到32.5~oC,弹性模量从3167 MPa降低到390 MPa,而断裂伸长率则由3.5%提高到281.1%。此外,SDO与PLA的相容性优于对苯二甲酸二辛酯(DOTP),当增塑剂的含量为20 wt%时,DOTP与PLA发生相分离而SDO与PLA仍形成均相。而且,SDO对PLA的增塑效率高于DOTP,具体表现为,PLA/SDO共混物比PLA/DOTP共混物具有更低的T_g,更小的弹性模量和更高的断裂伸长率。2.以来源于可再生资源的异山梨醇为原料,设计和合成了四种具有不同烷基链长度的异山梨醇酯类增塑剂,即二丁酸异山梨醇酯(SDB)、二己酸异山梨醇酯(SDH)、二辛酸异山梨醇酯(SDO)和二癸酸异山梨醇酯(SDD)。系统地研究了异山梨醇酯类增塑剂两侧烷基链长度的对称变化对PVC增塑性能的影响。结果发现,随着两侧烷基链长度的变短,异山梨醇酯类增塑剂的增塑效率逐渐提高(SDD<SDO<SDH<SDB),具体表现为增塑PVC的玻璃化转变温度和弹性模量均逐渐降低。然而,随着异山梨醇酯类增塑剂两侧烷基链长度的变短,对应增塑PVC的热稳定性和耐挥发性都随之变差。3.以来源于可再生资源的对羟基肉桂酸为原料,设计和合成了六种具有不同烷基链长度的对羟基肉桂酸酯类增塑剂。通过调节对羟基肉桂酸酯类增塑剂左侧烷基链长度,研究了烷基链长度的单侧不对称变化对PVC增塑性能的影响。结果发现,随着左侧烷基链长度的变短,对羟基肉桂酸酯类增塑剂的增塑效率逐渐提高,但是对应增塑PVC的热稳定性和耐挥发性都随之变差。此外,保持对羟基肉桂酸酯类增塑剂相对分子量不变,即增加其左侧的烷基链长度而同时减少其右侧的烷基链长度,研究了烷基链长度的双侧不对称变化对PVC增塑性能的影响。结果发现,这一设计在保持增塑PVC的热稳定性和耐挥发性不变的前提下,提高了对羟基肉桂酸酯类增塑剂的增塑效率。4.以生物基来源的2,5-呋喃二甲酸和石油基来源的对苯二甲酸为原料,设计和合成了具有相似化学结构而极性不同的2,5-呋喃二甲酸二丁酯(DBF)和对苯二甲酸二丁酯(DBT),并详细地研究了它们对PVC增塑性能的影响。结果发现,由于DBF增塑剂中的呋喃环具有较强的极性,其增塑效率要高于DBT。具体表现为,PVC/DBF共混物的T_g比PVC/DBT共混物更低,并且其邵氏硬度A和邵氏硬度D均低于PVC/DBT共混物。但是,由于DBF在室温下易于结晶而呈固态,导致与PVC相容性差而发生相分离,使得PVC/DBF样品的断裂伸长率降低。