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化石资源短缺和环境污染问题的日益突出,正在逐步地推动生物基材料代替传统石油基材料。而异山梨醇作为已经工业化生产的刚性脂肪族生物基二醇,在替代石油基单体制备高耐热生物基材料方面优势明显。但由于异山梨醇端羟基活性较低,如何克服其低活性成为制备高分子量、高耐热异山梨醇基材料的难点。在本课题组前期工作中,以绿色的羰基化试剂碳酸二甲酯(DMC)与异山梨醇反应成功制备了具有高分子量、高玻璃化温度(Tg)的异山梨醇型聚碳酸酯(PIC),该方法避免了以往制备方法使用有毒试剂、反应步骤复杂或者反应温度过高等缺点,具有绿色、节能高效的特点。但PIC还存在以下两点不足:PIC的相对分子量不够高;PIC分子刚性大、熔体粘度大,导致PIC的韧性差、加工成型较难。这些都阻碍了PIC的开发和推广应用。本文以共聚改性PIC为出发点,分别通过引入聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的预聚物BHBT、1,4-环己烷二甲醇(CHDM)以及聚醚多元醇PTMG对PIC进行了共聚改性,得到了一系列高耐热、高分子量的异山梨醇聚碳酸酯共聚物,并研究了结构和性能的关系;同时通过引入聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的预聚物OET,利用环状碳酸乙烯酯的脱除,实现了高耐热对苯二甲酸异山梨醇酯共聚物的绿色制备,并详细阐明了该制备方法的机理。 本研究主要内容包括:⑴聚(异山梨醇碳酸酯-co-对苯二甲酸丁二醇酯)(PICBT)的绿色制备及其性能研究:在原有高活性PIC预聚物基础上,引入对苯二甲酸二甲酯与丁二醇制备的PBT的预聚物BHBT,成功合成了一系列具有四种结构单元的高分子量、高Tg的PICBT共聚物。利用1H,13C,2D-COSY和2D-HSQC NMR表征了PICBT的结构。通过GPC、DSC、TGA、DMA和力学性能测试等手段测试了其分子量和性能。结果表明:聚酯结构单元的引入有效地解决了异山梨醇活性低的缺点,实现了保持PIC高耐热性的同时提高材料分子量和加工性的目的。PICBT的热性能、力学性能、动态力学性能等与其组成有很好的对应关系,可以通过结构设计实现对材料性能的调控。⑵高耐热聚(对苯二甲酸异山梨醇酯-co-异山梨醇碳酸脂)(PICT)的绿色合成及其机理研究:在实验结果基础上,设计了一种新的方法克服异山梨醇与对苯二甲酸反应活性低的缺点。该方法包括异山梨醇端基的取代、活性预聚物的酯交换、短链碳酸酯的环化、缩聚四步反应,成功地实现了聚对苯二甲酸异山梨醇酯共聚物PICT的绿色制备。通过1H,13C和2D NMR证明了PICT共聚物的结构。DSC和TGA结果表明,对于共聚物而言,随着TPA含量的增加其Tg和热降解温度逐渐增加,且Tg与TPA的含量呈现较好的线性关系,可以通过改变TPA的含量实现对材料热性能的精确调控。利用GC-MS,1H和13CNMR对合成过程机理进行了研究,发现该方法可以有效地在TPA和异山梨醇间构建短链碳酸酯结构单元,同时利用其成环热降解实现低活性TPA和异山梨醇的连接。⑶聚(异山梨醇/1,4-环己烷二甲醇)碳酸酯(PICC)的合成及性能研究:以异山梨醇、CHDM和DMC为原料,通过酯交换法制备了一系列异山梨醇聚碳酸酯共聚物PICC。研究了催化剂阴阳离子种类对催化活性的影响,结果表明:随着催化剂阴离子亲核能力和阳离子配位能力的提高,催化剂活性逐渐增加。研究了催化剂对聚合产物分了量及色泽的影响,结果表明:LiH可制备分子量较高且色泽较好的PICC。对反应工艺参数研究发现高DMC/二醇投料比有利于制备高分子量PICC;聚合反应催化剂最佳用量为二醇含量的0.4mol%,最佳缩聚温度为200℃。通过GPC、DSC、TGA以及力学性能测试研究了PICC的性能,结果表明,CHDM单元的引入可以在有效地保持PIC高耐热性的同时提高材料分子量和韧性。PICC的热性能、力学性能等与其组成有很好的对应关系,可以通过结构设计实现对材料性能的调控。⑷PIC-b-PTMGC多嵌段共聚碳酸酯的合成及结构性能研究:以NaOH为催化剂,以异山梨醇、不同分子量的PTMG(1000,2000)与DMC通过酯交换法成功制备了一系列PIC-b-PTMGC共聚物。通过1H NMR和GPC对共聚物进行了表征,表明成功合成了多嵌段共聚物。利用DSC、TGA和力学性能测试研究了共聚物的热性能、热稳定性和力学性能。结果表明,多嵌段共聚物两相结构使材料存在两个Tg;PTMGC的引入可以改善PIC的柔韧性,但由于共聚物中PTMGC与PIC的相容性较差,导致产物样条缺陷较多,性能仍有待进一步提高。