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聚氯乙烯(PVC)产品在全球范围内广泛应用于建筑、管道、电线和电缆、地板、非食品包装等众多国民经济领域。依赖石油资源合成的邻苯二甲酸酯类化合物,长期以来一直作为国内外最常用的PVC材料主要添加剂,但由于其分子结构中存在着邻苯二甲酸结构,对环境和人类产生许多毒性影响,现在国内外已经开始限定邻苯二甲酸酯类增塑剂在医用制品、玩具及与人体密切接触的许多敏感领域的使用。目前,随着石油基增塑剂对环境的影响和石油资源枯竭等问题日益严重,人们越来越意识到在PVC生产中使用以自然资源为基础的增塑剂产品的重要性,因为生物质原料在本质上是生态友好型的。本文研究目的是以玉米生物发酵产物乳酸为原料,通过酯化反应、乙酰化作用及环氧化反应等设计合成了一系列α-羟基丙酸架构新型分子结构的乳酸酯增塑剂,并将其与传统商用增塑剂进行应用性能比较,结果表明乳酸酯增塑剂具备取代传统增塑剂的潜力。本文以L-乳酸、异辛酸为酸性原料,1-壬醇、7-甲基-1-辛醇、3,5,5-三甲基-1-己醇、1,6-己二醇、蓖麻油酸、环己醇、三甘醇为醇原料,通过酯化反应、乙酰化作用方法制备了乙酰化乳酸1-壬酯(ALSH)、乙酰化乳酸7-甲基-1-辛酯(ALMH)、乙酰化乳酸3,5,5-三甲基-1-己酯(ALTH)、乙酰化乳酸1,6-己二酯(ALHD)、环氧化蓖麻油酸环己醇乙酰化乳酸酯(ERCAL)、乙酰化乳酸三乙二醇异辛酸酯(ALTGI)。考察了反应的最佳合成条件,并对其结构进行了表征,将其作为增塑剂组分添加到PVC试片配方中与邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、对苯二甲酸二辛酯(DOTP)、乙酰化柠檬酸三丁酯(ATBC)几种主要的商用增塑剂进行应用性能比较和产品的评估。以L-乳酸、1-壬醇、7-甲基-1-辛醇、3,5,5-三甲基-1-己醇为反应原料,通过酯化反应和乙酰化作用方法合成了几种一元醇乳酸酯增塑剂。探究反应的制备路线,获得了乳酸酯增塑剂合成的最佳工艺条件为:酯化反应时间4 h,反应物醇酸摩尔比为1.5:1.0,催化剂选择对甲苯磺酸,催化剂用量为反应物总质量的0.8%,酯化反应温度为130 ~oC,带水剂用量为反应物总质量的10%,乙酸酐与反应物中醇的摩尔比为1.2:1.0。采用傅里叶变换红外光谱、核磁共振氢谱和飞行时间质谱分析了产品分子结构。将合成的几种增塑剂与PVC树脂及热稳定剂共混制片,并利用溶剂浸泡法、万能试验机、热重分析仪对PVC试片进行应用效果的评价,结果表明,产物分子中合适的支链结构有利于提高PVC试片的热稳定性、耐萃取性和耐挥发性,在分子结构中具有直烷基链结构可以赋予PVC更优异的延展性。以二元醇1,6-己二醇为醇源,采用先酯化再乙酰化方法合成了酯基含量较多的新型增塑剂乙酰化乳酸1,6-己二酯(ALHD),通过傅里叶变换红外光谱、核磁共振氢谱及飞行时间质谱对合成产物分子结构进行分析,确定合成产物的结构组成。按照配方将ALHD逐步替代市售增塑剂乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC),对所得PVC试片进行应用性能测试。结果表明,ALHD赋予PVC试片良好的耐萃取性能和食品模拟迁移稳定性。随着ALHD含量的提高,PVC件的断裂伸长率由644.65%提高到802.15%,提高了24.4%。探索了以蓖麻油酸、L-乳酸和环己醇为主要原料,通过酯化、乙酰化、环氧化方法构建具有植物油与生物基分子框架结构的目标分子,获得了相对分子质量较大的新型环氧化蓖麻油酸环己基乙酰化乳酸酯(ERCAL)增塑剂。采用红外光谱、核磁氢谱、飞行时间质谱对其分子结构和相对分子量进行了分析。将其与环保增塑剂对苯二甲酸二辛酯(DOTP)复配使用,应用性能测试表明ERCAL塑化PVC试片在高温下具有优异的热稳定性,随着增塑剂ERCAL添加量的增大,PVC试片的Tg从30.8 ~oC降低到19.1 ~oC,断裂伸长率不断增大,增幅为15.4%。耐萃取和耐挥发测试发现,在环己烷、石油醚和无水乙醇中浸泡24 h后,相比于DOTP,ERCAL在三种溶剂中的质量损失率分别降低了57.1%、48.9%和39.7%。针对上述性能测试结果提出了ERCAL在PVC中的增塑机理,为工业化应用提供基础理论依据。以三乙二醇、异辛酸和L-乳酸为原料,通过酯化和乙酰化方法合成了低聚物分子结构且质量适中的新型增塑剂乙酰化乳酸三乙二醇单异辛酸酯(ALTGI),通过红外光谱、核磁氢谱对增塑剂分子结构进行表征。之后将ALTGI及市售增塑剂DOP、ATBC、DOTP按照一定配方制备PVC试片探究了增塑剂用量及增塑剂种类对PVC试片应用性能的影响,并通过土壤掩埋法和水解降解法初步探究了乳酸酯增塑剂ALTGI的生物降解性能。结果表明:添加量相同时,ALTGI在PVC材料中的增塑效率优于市售增塑剂DOP和DOTP。在土壤中掩埋90 d后,ALTGI的降解率约为DOP的8倍;在磷酸盐缓冲液中浸泡90 d后,ALTGI的降解率约为DOP的7倍,表明ALTGI在土壤和磷酸盐缓冲液中的降解性能明显优于DOP。