废旧PET降解制备聚氨酯弹性体材料及改性研究

来源 :北京石油化工学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wh13499599
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聚氨酯是一种具有高差异化性能选择性的多嵌段式共聚物,已被广泛应用于泡沫、涂料和弹性体等领域。其中,聚氨酯弹性体由于其具有高熵弹性和灵活的设计性而备受关注。而商业化的聚氨酯弹性体通常依赖于不可再生的石油基原材料,这不利于聚氨酯行业的可持续发展。因此,寻找一种新型可替代石油资源的聚氨酯原料多元醇变得至关重要。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是应用最广泛的塑料之一,可应用于塑料瓶、纺织和包装等领域。但由于PET的高消费量和不可降解性,已造成了严重的全球性塑料污染问题。如果将同源于石油的废弃PET转化为可再生原料,这既充分利用废弃资源保护环境,又可以形成碳循环的闭环,符合当下国家双碳目标要求。针对聚氨酯合成原料聚酯/聚醚多元醇的特性要求,利用化学回收法降解废弃PET所得产物通常具有较高活性的端羟基官能团这一特征,可将其作为多种聚合物的前驱体。然而,目前大多PET化学降解研究主要集中于将短链多元醇作为醇解剂,该类多元醇通常为较低分子量,使其降解产物只能用作硬质聚氨酯泡沫原料或是作为扩链剂组分。为此,本文利用一种长链多元醇聚四氢呋喃(PTMEG)作为解聚剂对废弃PET进行降解,并将降解产物直接用作聚醚多元醇成功制备了具有高性能的改性聚氨酯弹性体材料。主要内容如下:(1)废旧PET基改性聚醚多元醇的制备:将PTMEG对废弃PET进行醇解反应,成功制得具有高分子量和高热稳定性的PET降解产物PET-PTMEG。由于引入对苯甲酸酯结构,PET-PTMEG的结晶度和高温热稳定性显著提高。(2)基于金属配位作用聚氨酯弹性体的制备:将PET-PTMEG直接作为聚醚多元醇,并以3,5-二氨基-1,2,4-三氮唑作为扩链剂,同时引入Zn2+,制备了一种具有金属配位结构的聚氨酯弹性体。结果表明,随着Zn2+的引入,材料机械性能显著提高,并在Zn2+/DATA=1:2时,对于材料的强度和韧性提升最为明显,拉伸强度达到19.43 MPa,韧性达到114.83 MJ/m~3,这相较于空白样,断裂伸长率提高了233%和拉伸强度提高了396%。此外,由引入Zn2+产生的金属配位作用,提升了聚氨酯弹性体材料的自修复能力和回收再加工能力。(3)木质素基聚氨酯弹性体的制备:采用高沸醇-碱催化方法对玉米秸秆进行部分解聚,结果表明,所获得的木质素相较于碱木质素,平均分子量Mn从2496 g/mol降低到1530 g/mol,羟基含量从4.23 mmol/g增加到6.41 mmol/g。通过不同含量木质素与PET-PTMEG制备了系列聚氨酯弹性体,在木质素含量为5 wt%时合成的聚氨酯弹性体,其最大拉伸强度可达到41.58 MPa,断裂伸长率达到1965%,韧性达到234.49 MJ/m~3,具有优异的弹性恢复能力。
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