塑化剂/聚乙烯醇体系塑化机理的分子模拟与实验研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hhf1985
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传统塑料以石油裂解为基础制备而成,但是由于不可降解性和添加剂的毒害性引发了一系列的环境问题。聚乙烯醇(PVA)具有价格低、易降解等特性被认为是最具有发展潜力的可降解材料之一。PVA是高分子聚合物,分子间和分子内存在很强的氢键作用,导致PVA的加工温度和熔融温度的区间比较狭窄,使其加工困难,应用受限,为了增强PVA可加工性,就必须要破坏PVA中强烈的氢键作用。加入醇类或酰胺类分子等可以起到显著塑化效果,但是对于塑化剂/聚乙烯醇体系的塑化过程和机理缺乏深入系统的研究。目前红外测试方法仅能从宏观上对塑化这一现象进行解释和推断,并不能给出体系中不同分子间氢键能作用的大小。利用分子模拟的方法,能够计算体系中各个分子间的键能以及不同温度条件下的构象,可从微观阐释分子氢键作用和PVA塑化机理,因此采用分子模拟的方法进行深入的研究十分必要。本文采用分子动力学模拟结合实验的方法系统研究了醇类塑化剂和酰胺类塑化剂对聚乙烯醇(PVA)体系机械性能、热性能、吸水性能、光谱性能等性能及塑化机理的影响规律和微观机制,重点分析了醇类塑化剂和酰胺类塑化剂中官能团数量(例如甲醇、乙醇、甲酰胺、乙酰胺分子具有一个官能团,乙二醇、乙二撑二甲酰胺分子具有两个官能团,丙三醇、二乙烯三酰胺分子具有三个官能团)对PVA体系的氢键能及数目、径向分布函数(RDF)、内聚能密度(CED)、均方位移(MSD)等及相关性能的影响规律和作用机制。研究结果表明:塑化剂与PVA间的氢键能大于PVA分子间的氢键能,可打开PVA聚合物的氢键网络使其塑化;塑化剂与PVA形成氢键的数目随塑化剂含量变化并无线性规律可遵循;添加塑化剂后,PVA分子链运动活性明显增加,体系结构更加松散,结晶度降低,塑化效果明显,与此同时,也导致PVA材料透光率降低,拉伸强度下降,吸水性增大以及玻璃化转变温度的降低;塑化剂分子结构及其官能团个数对塑化效果有较大影响,小分子塑化剂更易进入PVA体系,与PVA形成氢键,氢键稳定性更好,不易受温度变化影响。
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