支化聚己二酸丁二醇酯的合成及其增塑作用研究

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软质聚氯乙烯(PVC)制品中增塑剂的迁出不仅使得材料性能恶化,而且引起一定的环境问题,因此耐迁出的聚酯增塑剂成为近年来增塑领域的研究热点。支化聚酯由于其存在不规则的支化结构,具有独特的物理和化学性质,其分子链中具有较高的官能度和链端密度,其熔体具有较低的黏度和较好的流动性。本论文采用熔融缩聚法一步合成了三种支化聚己二酸丁二醇酯(BPBAs)并将其应用于PVC中,探究了不同支化结构的BPBAs对PVC的增塑作用及其对力学性能、热性能等其他性能的影响。第一部分,首先选取己二酸(AA)、1,4-丁二醇(BD)为原料,通过熔融缩聚合成了低分子量的线性聚己二酸丁二醇酯(LPBA),在此基础上引入三种不同的支化剂,丙三醇(GL)、三羟甲基丙烷(TMP)和三羟甲基氧化膦(THPO),分别制备了BPBAG、BPBAT和BPBAP等三种BPBAs,并通过特性黏度、傅里叶红外变换光谱(FTIR)、能量分散光谱仪(EDS)、核磁共振碳谱(13C-NMR)和热重分析(TGA)等对其结构和性能进行了表征,实验结果表明产物结构符合预期。第二部分,将合成出的BPBAG和BPBAT应用于PVC中,探究其对PVC的增塑作用,实验结果表明两种支化结构的BPBAs的增塑作用均优于LPBA,TMP为支化剂的BPBAT增塑作用优于GL为支化剂的BPBAG。BPBAs增塑PVC(PVC/BPBAs)的拉伸强度与LPBA增塑PVC(PVC/LPBA)相比有所提高,其中BPBAT2(TMP为支化剂,添加量为1.0%)增塑PVC材料的力学性能最佳,PVC/BPBAT2的断裂伸长率达180.3%,比PVC/LPBA提高了49.6%,且PVC/BPBAT2的低温韧性比PVC/LPBA提高了20.3%。尽管BPBAs对PVC的增塑效率仅为邻苯二甲酸二辛脂(DOP)的88%,但PVC/BPBAs的热稳定性和耐迁出性显著优于PVC/DOP。扫描电子显微镜(SEM)图像和动态力学分析(DMA)数据显示LPBA、BPBAs均与PVC有较好的相容性;同时DMA数据证实将BPBAs加入到PVC中后PVC样品的刚性降低,柔韧性得到改善。第三部分,将合成的BPBAP应用于PVC中,研究其对PVC的增塑作用和阻燃作用。实验结果表明,含磷支化结构的BPBAP对PVC的增塑作用优于LPBA,BPBAP3(THPO为支化剂,添加量为3.0%)增塑PVC材料的力学性能最好,PVC/BPBAP3的断裂伸长率达152.0%,与PVC/LPBA相比提高了30.7%,PVC/BPBAP3的低温韧性比PVC/LPBA提高了26.9%。BPBAP与PVC相容性良好,PVC/BPBAP的热稳定性和耐迁出性显著优于PVC/DOP和PVC/LPBA。将DOP、LPBA、BPBAP加入到PVC中对比其阻燃性能,结果表明:PVC/LPBA的极限氧指数(LOI)达31.8%,高于PVC/DOP的28.1%;而含磷支化剂的引入进一步改善了对PVC的阻燃效果,当BPBAP中THPO的添加量为1.0%、3.0%、5.0%时,PVC/BPBAP的LOI分别提高到32.9%、33.8%和34.2%。锥形量热(Cone)数据显示PVC/BPBAP5的火灾性能指数最大,热释放速率、烟释放速率、比消光面积、质量损失速率以及总热释放量和烟释放总量的值最低。上述数据表明,在PVC中BPBAP显示出良好的阻燃性能和增塑作用。
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