聚己内酯的合成及应用研究

论文摘要

聚己内酯（PCL）是一种对环境无害且生物可降解的材料,本身具有较低的玻璃化转变温度,可以用于制备聚氨酯和作为塑料的增塑剂等。聚乳酸（PLA）是一种来源于可再生物质的塑料,利用聚己内酯对聚乳酸的改性研究值得探讨。本文的研究目的在于探讨一条更清洁、更安全的聚己内酯多元醇的新工艺路线,合成不同分子量、不同官能度的聚己内酯多元醇,并用于聚氨酯的制备以及增塑剂使用,考察其性能特点。利用自制的不同分子量的聚己内酯二元醇PCL（2）、三官能多元醇PCL（3）、四官能多元醇PCL（4）以及三羟甲基丙烷（TMP）,按照不同的配料体系,采用一步法合成聚氨酯,并考察了其性能。测试结果如下：力学性能（拉伸强度、耐撕裂强度以及断裂伸长率）方面,PCL（2）-PCL（3）-1,4-BD（1,4-丁二醇）的配料组合体系优于PCL（2）-TMP-BD体系及PCL（2）-PCL（4）-BD体系,并且在上述体系中随着PCL（2）在配方中所占的比例增大性能越好。对于PCL（2）-PCL（4）-BD、PCL（2）-PCL（4）-BD-TMP体系,力学测试结果表明后一个体系比前一个体系的性能优越,尤其是拉伸强度,最大可达6倍之多,断裂伸长率从196%上升至434%,耐撕裂强度从22.49 kN/m上升至69.18 kN/m。对于耐溶胀性能,PCL（2）-PCL（4）-BD配料组合体系比PCL（2）-PCL（3）-BD配料组合体系的性能好,并随着PCL（2）在体系中所占的比例增大性能变差。此外,PCL（2）-PCL（4）-BD、PCL（2）-PCL（4）-BD-TMP体系的耐溶胀性能相当。DSC测试说明,随着体系中软链段分子量的增大,弹性体的玻璃化转变温度Tg降低,易结晶；PCL官能度对玻璃化转变温度影响不大。综合聚氨酯方面的数据,可以发现,在其余条件不变的情况下,聚己内酯三、四元醇的分子量越大,力学性能整体上偏好；体系交联密度越大,耐溶胀性能越好；软链段在体系中的比例越大,玻璃化转变温度越低。作为PLA的增塑剂,测试结果表明：聚己内酯的分子量越小,增塑效果越好,主要表现为拉伸强度降低快,抗弯曲和抗冲击强度升高较快。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 生物可降解材料
• 1.1.1 生物可降解材料的发展背景及现状
• 1.1.2 生物可降解材料的分类
• 1.1.3 生物可降解材料的应用
• 1.1.4 生物可降解材料的发展前景
• 1.2 聚己内酯
• 1.2.1 聚己内酯的性能
• 1.2.2 ε-己内酯开环聚合
• 1.2.3 聚己内酯的应用
• 1.3 聚氨酯
• 1.3.1 国内外聚氨酯的发展历程与现状
• 1.3.2 聚氨酯的主要原料
• 1.3.3 聚氨酯的主要化学反应
• 1.3.4 聚氨酯的合成方法
• 1.3.5 聚氨酯的特征与应用
• 1.4 聚乳酸
• 1.4.1 聚乳酸的发展
• 1.4.2 聚乳酸的应用
• 1.4.3 聚乳酸存在的问题
• 1.5 本课题选题意义及创新点
• 第二章 实验原料与测试方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 测试方法
• 第三章 聚己内酯多元醇的合成
• 3.1 制备方法
• 3.2 反应机理
• 3.3 反应条件的确定
• 3.3.1 反应温度的影响
• 3.3.2 催化剂用量的影响
• 3.3.3 催化剂种类的影响
• 3.3.4 反应时间的影响
• 3.4 合成出的聚己内酯的红外表征
• 3.5 不同官能度的聚己内酯的合成及测试
• 3.5.1 聚己内酯二元醇的合成与测试
• 3.5.2 聚己内酯三元醇的合成与测试
• 3.5.3 聚己内酯四元醇的合成与测试
• 3.5.4 不同官能度聚己内酯红外测试
• 3.6 小结
• 第四章 聚氨酯弹性体的合成与测试
• 4.1 利用预聚体法制备聚氨酯弹性体
• 4.1.1 弹性体的力学性能
• 4.1.2 分子量对力学性能的影响
• 4.1.3 弹性体的耐溶剂性能
• 4.2 一步法合成工艺制备聚氨酯弹性体
• 4.2.1 PCL（2）-PCL（3）-BD体系
• 4.2.2 PCL（2）-PCL（4）-BD体系
• 4.2.3 PCL（2）-PCL（3）-BD和PCL（2）-PCL（4）-BD体系对比
• 4.2.4 PCL（2）-PCL（4）-BD-TMP体系
• 4.3 小结
• 第五章 聚己内酯作为聚乳酸增塑剂的应用研究
• 5.1 实验方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 拉伸性能
• 5.2.2 抗弯曲强度
• 5.2.3 抗冲击性能
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文