论文部分内容阅读
生物质资源可再生、低污染、储量丰富,利用生物质转化技术可以将生物质资源转化为生物基化学品,再进一步制成生物基材料,可实现材料的可持续发展。3D打印技术作为第三次产业革命的核心技术,其工艺和材料均取得了显著的研究成果,其中熔融沉积成型(FDM型)3D打印技术是研究最为广泛的工艺成型方法,其原料多为热塑性的塑料。本论文选用了近几年研究火热的2,5-呋喃二甲酸作为生物基单体之一,利用其刚性环状结构提供一定的力学性能,与其他生物基二醇反应,制备新型无定型生物基共聚酯,将其应用于FDM型3D打印应用中,拓宽3D打印材料种类。(1)2,3-丁二醇带有两个侧基,具有破坏结晶的作用,我们对2,5-呋喃二甲酸、1,6-己二醇和2,3-丁二醇进行了熔融缩聚,研究了合成条件(酸醇比、催化剂用量和酯化温度)对反应的影响。发现无论如何改变合成条件,2,3-丁二醇仍不能发生共聚,只能得到PHF二元聚酯。(2)用仅带有一个侧基的1,2-丙二醇代替2,3-丁二醇,降低了空间位阻,通过调节1,2-丙二醇的含量,成功得到无定型聚(2,5-呋喃二甲酸/1,6-己二醇/1,2-丙二醇)酯(PHPF)。PHPF共聚酯的分子量为1.27X 104~3.17×104g/mol,最大热分解温度高于380℃。通过力学性能测试表明PHPF共聚酯具有优异的韧性,尤其是PHPF-10共聚酯,其断裂伸长率和冲击强度分别高达515%和35.62KJ/m2,且可在220℃下顺利进行3D打印,所得3D打印样条具有紧密的层间结构,同时具有优异的力学性能。原料可再生、优异的热稳定性和韧性、杰出的3D打印效果使得PHPF共聚酯能够成功应用于3D打印应用中。(3)3D打印温度过高会加速喷头的损坏,并造成一定安全隐患。3D打印温度与材料黏度有直接关系,而材料黏度又与分子量有着必然联系,因此我们通过降低熔融缩聚时间,合成了一系列低分子量的1,2-丙二醇含量占总醇含量10%的聚(2,5-呋喃二甲酸/1,6-己二醇/1,2-丙二醇)酯(PHPF-10),以期通过降低分子量来降低打印温度。所得PHPF-10共聚酯的分子量为0.60X 104~2.14×104g/mol。它们具有优异的流动性,其熔融指数远高于市售3D打印材料。3D打印测试表明缩聚2h、1h和0.5h的PHPF-10共聚酯分别可在180℃、150℃和130℃下顺利打印,与缩聚3h的打印温度220℃对比,有了明显的降低,达到低温打印的效果。