生物基增塑剂2,5-呋喃二甲酸正癸酯的合成及应用研究

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增塑剂作为最重要的塑料助剂之一,为材料提供优异的加工性能和多样的材料特性,在塑料中被广泛应用。传统增塑剂邻苯二甲酸酯类增塑剂是使用最广泛、用量最大的增塑剂。随着对其研究的深入,其对人体潜在的危害也逐渐显现,且邻苯类增塑剂的生产需要消耗大量不可再生的石油原料。因此,许多国家颁布了多项相关法律法规和使用标准,限制了邻苯增塑剂的使用。为了填补传统增塑剂的空缺,开发环保及可再生增塑剂成为未来研究的发展趋势。本课题以生物基平台化合物2,5-呋喃二甲酸(FDCA)为原料,采用直接酯化法,制备了2,5-呋喃二甲酸二癸酯(DDF)及其同系衍生物,通过响应面分析法(RSM)优化了制备工艺参数,随后研究了其对聚氯乙烯(PVC)增塑性能和聚乳酸(PLA)结晶性能的影响,结果如下:1.以硫酸为催化剂,以FDCA和正癸醇为原料合成DDF。在优化反应温度、反应时间和催化剂用量等单因素反应条件的基础上,结合响应面法优化,获得最佳反应条件:反应温度115.53℃,催化剂浓度0.25%(V硫酸/V正癸醇),反应时间为5.5 h,平均收率为98.69%。2.与石油基增塑剂邻苯二甲酸二异癸酯(DIDP)相比,当增塑剂小于30 phr时,DDF增塑PVC的玻璃化转变温度(Tg)比DIDP增塑PVC的Tg低4.2℃;DDF和DIDP耐迁移性相似,在纯水和5%乙酸溶液条件中,DDF耐迁移性更好。3.为了拓展DDF应用,针对PLA结晶性能进行了探索性研究,结果表明,单独添加1%水滑石(Talc)时,结晶度和结晶时间变化较小;单独添加DDF后,结晶度显著提升,但半结晶时间(t1/2)延长。同时添加Talc和DDF,PLA结晶度由5.21%提升至31.78%,t1/2由134 s降低至31 s。表明DDF和Talc协同提高了PLA的结晶度,加快了PLA的结晶速率。此外,添加DDF和Talc后,力学性能有所下降。生物基增塑剂具有绿色环保,生物安全性高等优势,逐渐成为相关产业广泛使用增塑剂产品之一,基于生物基芳环平台化合物FDCA合成的2,5-呋喃二甲酸酯类增塑剂,可替代邻苯二甲酸酯类,用于开发系列新型生物基增塑剂,为后续作为增塑剂在高分子材料方面的应用奠定了基础。
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