新型生物基聚酯及其复合材料的制备、应用与性能研究

发布时间：2018-03-29 10:53

本文选题：生物基聚酯　切入点：乳酸　出处：《北京化工大学》2017年博士论文

【摘要】：近年来,由于石化资源过度消耗带来的能源匮乏及环境污染问题迫使人们不得不寻找新型的聚合物以替代传统石油基聚合物。生物基聚合物因在减少对石化资源依赖及缓解环境污染等方面的贡献而受到人们越来越多的重视,并得到了迅速发展。作为生物基聚合物中的重要分类,新型生物基聚酯及其复合材料的设计和开发显得尤为重要。有鉴于此,本论文设计并制备了一系列生物基聚酯及其复合材料,并根据其性能特点,将这些生物基聚酯及复合材料应用于纳米复合材料、形状记忆材料、聚乳酸增韧和3D打印领域,均取得了良好的效果。本论文的第一部分(论文第三章),以2,3-丁二醇及几种已经工业化生产的生物基单体为原料制备了一种生物基工程弹性体。通过GPC, NMR,FTIR,TGA,DSC和XRD表征了其分子量、化学组成结构和热性能。2,3-丁二醇的引入可以抑制甚至阻止这种生物基弹性体的结晶,使得其保持无定型结构,进而拥有高弹性。此外,还通过纳米二氧化硅增强了这种生物基弹性体,使其能够满足橡胶工业的大部分应用需求。该生物弹性体的合成方法简单且不依赖石化资源,其可调节的降解速率有利于减少环境污染,其良好的力学性能和生物相容性使得它能够作为一种环保型工程弹性体得到应用。本论文的第二部分(论文第四章),以乳酸及几种生物基单体为原料通过直接熔融聚合制备了一种多功能生物基聚酯。通过GPC, NMR和FTIR确定了其分子量及化学组成结构。通过改变生物基聚酯中乳酸的含量,该生物基聚酯可从塑料向弹性体转变。我们通过纳米二氧化硅增强了该生物基弹性体,且其拉伸强度能够满足橡胶工业的大部分需求。由于和聚乳酸有着相似的乳酸结构单元,该生物基弹性体还可以用来增韧聚乳酸。另外,该生物基塑料作为形状记忆聚合物使用,且其形状回复能力优异,形状回复速率迅速。该生物基聚酯完全通过生物基单体合成,合成方法简单,且拥有多种功能化应用,使得其在医用及工程领域都有极大的开发价值。本论文的第三部分(论文第五章),通过将第四章中合成的生物基聚酯与聚乳酸熔融共混制备了一种生物基聚酯/聚乳酸复合材料以实现增韧聚乳酸的目的。受益于合理的分子结构设计,向该生物基弹性体中引入乳酸不仅提高了其与聚乳酸间的相容性,也使该生物基聚酯由结晶型塑料向无定型弹性体转变。该复合材料的最大断裂伸长率及冲击强度分别可达325%及35.7 KJ·m-2,分别是纯聚乳酸的50及15倍。该高韧性复合材料将会消除聚乳酸脆性带来的限制并在工业及工程界都有着极大的开发潜力。本论文的第四部分(论文第六章),我们将第四章中制备的生物基弹性体和聚乳酸通过动态硫化技术制备了一种3D打印用全生物基热塑性硫化胶。对其相态研究表明,在动态硫化过程中,该热塑性硫化胶完成了相反转,使得生物基弹性体以微米粒子的形式分散在聚乳酸基体中。而相态演变研究表明这些分散的生物基弹性体微米粒子其实是由纳米粒子团聚形成的。流变及重复加工测试表明该生物基热塑性硫化胶有着良好的加工和重复加工性能,生物降解和细胞毒性测试则表明该生物基硫化胶的降解性能和生物相容性良好。通过对3D打印样品的拉伸和扫描电子显微镜测试,我们发现该生物基硫化胶的3D打印制品具有高强度高弹性,且打印精度高,结构牢固,因此,这是一种具有开发价值的3D打印材料。
[Abstract]:In recent years , the molecular weight , chemical composition and thermal properties of biodegradable polymers have been studied by means of GPC , NMR , FTIR , TGA , DSC and XRD .

【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O633.14;TB33

【参考文献】