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可降解材料是近年来引起人们极大关注的高分子材料。在可降解材料中,脂肪族聚酯因为具有良好的力学性能、机械加工性能、热塑性及可生物降解性等备受关注。在脂肪族聚酯中聚丁二酸丁二醇酯(PBS)以良好的综合性能,高性价比等特点而成为研究的热点。而在PBS综合性能中,有关PBS的可生物降解性的研究还不够成熟。本文采用不同的降解方法对PBS及PBS基脂肪族共聚酯进行降解,得到PBS以及PBS基脂肪族共聚酯分子结构和降解性能之间的关系。为进一步降解研究提供参考。本文的主要研究工作有:
a为了研究PBS在不同pH值水溶液中的降解情况,将PBS在pH为3,5,7,9,11的水溶液中进行降解,通过测定降解过程中PBS的失重率变化,观察降解前后PBS薄膜的形貌变化,测定pH值在降解过程中的变化来对降解程度进行表征。结果表明:PBS在不同pH值的蒸馏水溶液中都有不同程度的降解,其中碱性条件的降解速度大于酸性条件的降解速度,中性水溶液中的降解速度最慢。在降解过程中各降解溶液的pH值均有逐渐下降的趋势,碱性溶液的pH值下降幅度较大。
b为了考察PBS在不同土壤中的降解情况,从当地取堆肥土,污泥土,垃圾土和花园土对PBS进行土埋法降解试验,通过测定降解过程中的失重率变化和对PBS降解前后表面形态观察,得出PBS在堆肥土中降解率最大,其次是污泥土,垃圾土,和花园土。通过表面形态观察,堆肥土埋法降解中PBS薄膜的表面形貌变化最大。通过PBS薄膜土埋试验的表面形貌变化还观察到土埋试验时土壤中微生物是通过侵蚀薄膜侧边来进行降解的。
c为了选取能表现出PBS良好降解性能的实验方法,将PBS在上述pH=11的水溶液中,堆肥土中以及堆肥土土壤悬浮液中进行降解。通过测定降解过程中PBS的失重率,观察降解前后PBS薄膜的表面形貌来对降解程度进行表征。结果表明堆肥土土壤悬浮液对PBS较pH=11的水溶液和堆肥土的土埋法降解的失重率大,表面形貌的变化也大。该种方法降解PBS可以在短期内得到良好的降解效果,可以作为短时期内鉴定PBS降解性能的评价方法。
d为了探讨不同端基结构PBS在相同条件下的降解情况,从改变PBS端基结构入手,将羧基封端PBS,羟基封端PBS,等摩尔比例PBS进行合成并在具有良好降解性能的堆肥土土壤悬浮液中进行降解。通过测定降解过程中PBS的失重率,观察降解前后PBS薄膜的表面形貌来对降解程度进行表征。结果表明:不同端基PBS在土壤悬浮液中进行降解的降解失重率大小顺序为羧基封端PBS>羟基封端PBS>等摩尔比例PBS。由于羧基基团的亲水性和极性比羟基基团的大,所以羧基封端PBS在土壤悬浮液中容易进行水解,降解性能较高。由此得出PBS端基结构和降解性能之间的关系。
e为了探讨线性PBS基脂肪族共聚酯的结构和降解之间的关系,首先合成了线性PBS基脂肪族共聚酯,即聚丁二酸丁二醇酯-共-聚己二酸丁二醇酯P(BS-co-BA),聚丁二酸丁二醇酯-共-癸二酸丁二醇酯P(BS-co-BSe),并将线性PBS基脂肪族共聚酯及PBS在土壤悬浮液中进行降解,通过GPC、熔点测定仪对线性PBS基脂肪族共聚酯的分子量和熔点进行了测定;通过测定降解过程中失重率和降解前后聚酯薄膜表面形貌来对共聚酯降解程度进行表征。结果表明:随着二元酸碳链的增长,分子对称性降低,降解性能增大。通过观察分子量,熔点及降解失重率的测定结果,得出分子量越大,降解越不容易进行;熔点越小,降解性能越好。
f为了考察枝状PBS基脂肪族共聚酯的结构和降解之间的关系,首先合成三种聚丁二酸丁二醇-共-聚丁二酸1,2丙二醇酯P(BS-co-1,2-PS),然后将合成的聚丁二酸丁二醇-共-聚丁二酸1,2丙二醇酯P(BS-co-1,2-PS)和PBS在土壤悬浮液中进行降解。通过X-射线衍射对枝状PBS基脂肪族共聚酯的结晶度进行表征,通过测定降解前后的失重率变化以及观察薄膜表面的形貌变化对聚酯的降解程度进行表征。结果表明:结晶度大小的变化顺序为PBS>P(BS-co-1,2-PS)-10%>P(BS-co-1,2-PS)-20%>P(BS-co-1,2-PS)-30%。而降解性能的变化顺序为P(BS-co-1,2-PS)-30%>P(BS-co-1,2-PS)-20%>P(BS-co-1,2-PS)-10%>PBS。由此得出,1,2丙二醇添加量增大,P(BS-co-1,2-PS)共聚酯主链结构对称性降低,结晶性能减弱,结晶度减小,降解性能增大。总结出聚酯结构和降解性能的关系,即结晶度越低,降解性能越大。