新型生物基聚酯及其復(fù)合材料的制備、應(yīng)用與性能研究.pdf

1、近年來，由于石化資源過度消耗帶來的能源匱乏及環(huán)境污染問題迫使人們不得不尋找新型的聚合物以替代傳統(tǒng)石油基聚合物。生物基聚合物因在減少對石化資源依賴及緩解環(huán)境污染等方面的貢獻(xiàn)而受到人們越來越多的重視，并得到了迅速發(fā)展。作為生物基聚合物中的重要分類，新型生物基聚酯及其復(fù)合材料的設(shè)計和開發(fā)顯得尤為重要。有鑒于此，本論文設(shè)計并制備了一系列生物基聚酯及其復(fù)合材料，并根據(jù)其性能特點，將這些生物基聚酯及復(fù)合材料應(yīng)用于納米復(fù)合材料、形狀記憶材料、聚乳酸增

2、韌和3D打印領(lǐng)域，均取得了良好的效果。
　　本論文的第一部分（論文第三章），以2，3-丁二醇及幾種已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)的生物基單體為原料制備了一種生物基工程彈性體。通過GPC，NMR，F(xiàn)TIR，TGA，DSC和XRD表征了其分子量、化學(xué)組成結(jié)構(gòu)和熱性能。2，3-丁二醇的引入可以抑制甚至阻止這種生物基彈性體的結(jié)晶，使得其保持無定型結(jié)構(gòu)，進(jìn)而擁有高彈性。此外，還通過納米二氧化硅增強(qiáng)了這種生物基彈性體，使其能夠滿足橡膠工業(yè)的大部分應(yīng)用需求。該

3、生物彈性體的合成方法簡單且不依賴石化資源，其可調(diào)節(jié)的降解速率有利于減少環(huán)境污染，其良好的力學(xué)性能和生物相容性使得它能夠作為一種環(huán)保型工程彈性體得到應(yīng)用。
　　本論文的第二部分（論文第四章），以乳酸及幾種生物基單體為原料通過直接熔融聚合制備了一種多功能生物基聚酯。通過GPC，NMR和FTIR確定了其分子量及化學(xué)組成結(jié)構(gòu)。通過改變生物基聚酯中乳酸的含量，該生物基聚酯可從塑料向彈性體轉(zhuǎn)變。我們通過納米二氧化硅增強(qiáng)了該生物基彈性體，且其拉

4、伸強(qiáng)度能夠滿足橡膠工業(yè)的大部分需求。由于和聚乳酸有著相似的乳酸結(jié)構(gòu)單元，該生物基彈性體還可以用來增韌聚乳酸。另外，該生物基塑料作為形狀記憶聚合物使用，且其形狀回復(fù)能力優(yōu)異，形狀回復(fù)速率迅速。該生物基聚酯完全通過生物基單體合成，合成方法簡單，且擁有多種功能化應(yīng)用，使得其在醫(yī)用及工程領(lǐng)域都有極大的開發(fā)價值。
　　本論文的第三部分（論文第五章），通過將第四章中合成的生物基聚酯與聚乳酸熔融共混制備了一種生物基聚酯/聚乳酸復(fù)合材料以實現(xiàn)增韌

5、聚乳酸的目的。受益于合理的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計，向該生物基彈性體中引入乳酸不僅提高了其與聚乳酸間的相容性，也使該生物基聚酯由結(jié)晶型塑料向無定型彈性體轉(zhuǎn)變。該復(fù)合材料的最大斷裂伸長率及沖擊強(qiáng)度分別可達(dá)325％及35.7KJ·m-2，分別是純聚乳酸的50及15倍。該高韌性復(fù)合材料將會消除聚乳酸脆性帶來的限制并在工業(yè)及工程界都有著極大的開發(fā)潛力。
　　本論文的第四部分（論文第六章），我們將第四章中制備的生物基彈性體和聚乳酸通過動態(tài)硫化技術(shù)制備了

6、一種3D打印用全生物基熱塑性硫化膠。對其相態(tài)研究表明，在動態(tài)硫化過程中，該熱塑性硫化膠完成了相反轉(zhuǎn)，使得生物基彈性體以微米粒子的形式分散在聚乳酸基體中。而相態(tài)演變研究表明這些分散的生物基彈性體微米粒子其實是由納米粒子團(tuán)聚形成的。流變及重復(fù)加工測試表明該生物基熱塑性硫化膠有著良好的加工和重復(fù)加工性能，生物降解和細(xì)胞毒性測試則表明該生物基硫化膠的降解性能和生物相容性良好。通過對3D打印樣品的拉伸和掃描電子顯微鏡測試，我們發(fā)現(xiàn)該生物基硫化膠的