异山梨醇型聚碳酸酯共聚物的制备及性能研究

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聚碳酸酯(PC)具有优良的综合性能,是五大工程塑料之一。传统PC因原料双酚A(BPA)具有生物毒性,利用生物基单体异山梨醇代替BPA生产PC已成为研究热点。而异山梨醇型聚碳酸酯(PIC)由于分子链中存在刚性基团,导致其脆性大、加工性能差,严重限制了其工业化应用。基于此,本文采用非光气熔融酯交换法对PIC进行共聚改性研究,旨在提高PIC的柔韧性和加工性能。以碳酸二苯酯(DPC)为碳源,通过引入柔性单体制备了两类异山梨醇型聚碳酸酯共聚物:含低聚乙二醇(OEG)的异山梨醇型聚碳酸酯共聚物和含聚二甲基硅氧烷(PDMS)的异山梨醇型聚碳酸酯共聚物,主要研究内容及成果如下:(1)OEG中碳氧单键容易发生分子内旋转,使其具有优异的柔性。通过引入OEG成功制备了一系列异山梨醇型聚碳酸酯共聚物(POICs)。同时制备了一系列含脂肪族二醇的异山梨醇型聚碳酸酯共聚物(PAICs)作为对比研究。以离子液体1-丁基-3甲基咪唑乳酸盐([Bmim][CH3CHOHCOO])为催化剂,在优化的反应条件下合成的聚碳共聚物重均分子量高达146200 g/mol。采用核磁共振和傅里叶红外光谱表征了POICs和PAICs的组成和结构,结果表明成功制备了POICs,并发现OEG的反应效果明显优于脂肪族二醇。采用差示扫描量热仪和热重分析仪测试了共聚物的热性能,POICs的玻璃化温度范围为72~105°C,且具有良好的热稳定性。利用动态机械分析仪和万能试验机分析了共聚物的力学性能,结果表明OEG的引入极大地改善了PIC的柔韧性,断裂伸长率高达160%,超过PIC的8倍(18%),同时保持了较高的力学性能,拉伸强度(80 MPa)为BPA型PC的1.25倍(63 MPa)。(2)PDMS中Si-O-Si基团键角大,键长长的特点赋予了其较高的柔性和良好的加工流动性能,通过引入PDMS成功制备了一系列不同异山梨醇/PDMS摩尔比例的异山梨醇型聚碳酸酯共聚物(PHIC)。在离子液体[Bmim][CH3CHOHCOO]的催化下,产物重均分子量可达134300 g/mol。采用核磁共振表征了PHIC的组成和结构,结果表明异山梨醇和PDMS摩尔比为82/18时,PHIC中硅含量达到峰值(17.2%)。采用熔体流动速率仪对PHIC的熔体流动速率(MFR)进行了表征分析,结果表明随着硅含量的增加,共聚物的MFR逐渐升高,表明异山梨醇型聚碳酸酯共聚物的熔体流动性改善明显,大幅提高其加工流动性能。论文的研究结果可为PIC的工业应用提供基础数据和理论依据,具有重要的科学意义和应用价值。
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