【摘 要】
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全球塑料污染日益加剧,从可持续性的角度来看,生物基2,5-呋喃二甲酸(FDCA)非常有希望取代石油基对苯二甲酸(TPA)。目前,高分子材料领域基于FDCA与各种二元醇衍生的聚酯被广泛研究,但是其聚酯材料的弱结晶性和低断裂伸长率限制了它们的应用。因此基于FDCA的材料综合性能方面仍然有进一步改进的空间,以满足工业应用上的各项需求。聚醚酯材料表现出来的热塑性弹性体行为填补了芳香族聚酯材料刚性大的弱势。
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全球塑料污染日益加剧,从可持续性的角度来看,生物基2,5-呋喃二甲酸(FDCA)非常有希望取代石油基对苯二甲酸(TPA)。目前,高分子材料领域基于FDCA与各种二元醇衍生的聚酯被广泛研究,但是其聚酯材料的弱结晶性和低断裂伸长率限制了它们的应用。因此基于FDCA的材料综合性能方面仍然有进一步改进的空间,以满足工业应用上的各项需求。聚醚酯材料表现出来的热塑性弹性体行为填补了芳香族聚酯材料刚性大的弱势。本文选择生物基芳香族二元酸FDCA,通过熔融缩聚法与不同取代基的1,3-丙二醇合成聚醚酯,筛选最佳二元复合催化剂进行聚合反应,2-7 h得到数均分子量10000-40000 g/mol的聚合物。通过核磁共振氢、碳谱测试证明聚醚酯材料的成功合成,机械性能测试、DSC、TGA以及材料亲水性测试来表征聚醚酯的各项性能,并通过控制二元醇的投料量来调控聚醚酯的各项性能。随着丙二醇上取代基甲基数量的变化,聚醚酯材料的拉伸强度可由5 MPa增加至55 MPa,断裂伸长率可由10%增加至1000%。通过调节聚醚酯材料中聚醚片段的比例可以得到拉伸强度大于10 MPa,同时断裂伸长率大于200%的材料。通过热性能测试聚醚酯表现出优秀的热稳定性,T5%值均大于350℃,Tdmax值均大于400℃。而聚醚酯材料的亲水性遵循丙二醇上取代基甲基数量的增加而减弱的趋势。聚乳酸存在脆性大的缺点,限制其应用范围,而聚醚酯材料由于聚醚片段的存在,赋予了其柔韧性。因此本文采用全生物基聚醚酯化学共聚聚乳酸的方式改善材料性能。筛选三元复合催化剂(钛酸异丙酯、对甲苯磺酸以及交联剂柠檬酸)得到高分子量共聚物。核磁共振测试确定共聚物化学结构。力学性能测试共聚物中乳酸片段从23%增加至77%时,其共聚物的拉伸强度可由10 MPa增加至47 MPa,断裂伸长率可由11%增加至562%。热物理性能测试显示出共聚物被赋予了高热阻性,T5%值在320-350℃之间,Tdmax值在405-410℃之间。填补了聚乳酸的弹性弱易分解的不足。并且可以通过调节共聚物中乳酸片段的含量,来达到共聚物材料在机械性能、热物理性能上的有效调控。为高分子材料合成以及共聚改性聚乳酸领域添砖加瓦。
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