聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯嵌段共聚物的制备及性能研究

摘要

聚乳酸作为一种低碳、环保的绿色塑料,不依赖石油等不可再生资源,拥有良好的生物降解性和使用安全性,所以备受人们的青睐。但聚乳酸质硬,缺乏柔韧性,使其应用受到一定的限制。本论文采用扩链法和熔融缩聚法制备了聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯(PLLA-co-PBS)共聚物,并对该共聚物的结构和性能展开了深入的研究。
　　本文首先采用直接熔融缩聚法分别合成羧基封端的乳酸预聚物和羧基封端的聚丁二酸丁二醇酯预聚物,研究了合成工艺条件对合成产物分子量和色泽的影响;再以羧基封端的乳酸预聚物和羧基封端的聚丁二酸丁二醇酯预聚物为原料,二噁唑啉为扩链剂合成了PLLA-co-PBS共聚物;最后以L-丙交酯和羟基封端的聚丁二酸丁二醇酯为原料开环共聚合成了PLLA-co-PBS嵌段共聚物。通过红外光谱、核磁共振谱、凝胶渗透色谱、热失重分析、X射线衍射和接触角测试分别对共聚物的结构、分子量、热性能、结晶性能和亲水性进行了研究。
　　通过对直接熔融缩聚合成乳酸预聚物(PLLA-COOH)和聚丁二酸丁二醇酯预聚物(PBS-COOH)的合成工艺的研究,得出最佳工艺条件。乳酸熔融缩聚反应的最佳工艺条件:经除杂的乳酸,加入0.6wt％的催化剂辛酸亚锡和0.6wt%的助催化剂对甲苯磺酸(TSA)和1.15mol%的封端剂丁二酸,反应时间和最终反应温度分别控制在8h和180℃,合成产物的分子量最大13000;直接熔融缩聚合成PBS的最佳工艺条件:在醇酸摩尔比为1.2:1.0,催化剂加入量为0.1wt%,酯化反应温度为160℃,缩聚反应温度为230℃,真空度为100Pa的条件下,合成的PBS聚酯的特性粘度最大为1.9327dL/g。
　　以双噁唑啉为扩链剂合成PLLA-co-PBS共聚物的研究表明,当扩链剂双噁唑啉加入量为0.75wt%,PLLA-COOH与PBS-COOH质量投料比为3:7时,在200℃下扩链反应1h,合成了最高重均分子量为25800具有聚酯酰胺结构的聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯共聚物。通过TG、XRD和接触角的测试表明,共聚物的热性能、结晶性能和亲水性相比较均聚物都有所提高。
　　采用羟基封端的PBS与L-丙交酯进行开环聚合合成PLLA-co-PBS嵌段共聚物。通过FTIR和1HNMR的表征说明羟基封端的PBS与L-LA进行开环共聚成功合成了PLLA-co-PBS嵌段共聚物;TG曲线测试结果表明PLLA-co-PBS嵌段共聚物经两个阶段的热分解,且PBS链段的引入提高了聚合物的热稳定性;而且随着PBS引入量的增加,聚合物的结晶性能,亲水性能都有一定的提高。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及选题意义

1.2 降解性高分子材料

1.3 聚乳酸

1.4 聚乳酸共聚物

1.5 聚丁二酸丁二醇酯

1.6 本论文研究内容及意义

第2章 直接熔融法合成乳酸预聚物

2.1 引言

2.2 试验主要药品及仪器

2.3 分析表征方法及仪器

2.4 直接熔融缩聚法合成乳酸预聚物

2.5 结果与讨论

2.6 本章小结

第3章 熔融缩聚法合成聚丁二酸丁二醇酯预聚物

3.1 引言

3.2 实验主要药品及仪器

3.3 分析表征方法及仪器

3.4 直接熔融法合成聚丁二酸丁二醇酯

3.5 结果与讨论

3.6 本章小结

第4章 双噁唑啉扩链法制备PLLA-co-PBS共聚物

4.1 引言

4.2 实验主要药品及仪器

4.3 分析表征方法及仪器

4.4 双噁唑啉扩链法制备PLLA-co-PBS共聚物

4.5 结果与讨论

4.6 本章小结

第5章 L-丙交酯与PBS预聚物共聚

5.1 引言

5.2 实验主要药品及仪器

5.3 分析表征方法及仪器

5.4 PLLA-co-PBS嵌段共聚物合成方法

5.5 结果与讨论

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢