生物可降解聚丁二酸丁二醇-共-對苯二甲酸丁二醇酯(PBST)纖維的制備及其性能研究.pdf

1、隨著固體廢棄物所帶來的環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，生物可降解高分子材料越來越引起人們的重視。脂肪族/芳香族共聚物結(jié)合了脂肪族聚酯的生物可降解性能和芳香族聚酯優(yōu)良的機械性能已成為可降解材料中的研究熱點，共聚酯聚丁二酸丁二醇—共—對苯二甲酸丁二醇酯(PBST)就是其中之一。目前，PBST共聚酯的研究僅限于薄膜，如能利用PBST共聚酯制備纖維，將極大地擴展其應(yīng)用領(lǐng)域。在此背景下，本文通過縮聚反應(yīng)合成PBST共聚酯，著重研究了PBST的流變性能、成

2、纖性能，分析了紡絲工藝對PBST纖維的結(jié)構(gòu)和性能的影響，成功研制出力學(xué)性能優(yōu)良的PBST纖維，為PBST纖維工業(yè)化生產(chǎn)提供了理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗。 首先，以對苯二甲酸二甲酯、丁二酸二甲酯、1,4—丁二醇為原料，以四異丙氧基鈦為催化劑合成PBST共聚酯。通過氫譜核磁共振(1H NMR)表明共聚物結(jié)構(gòu)中芳香族BT鏈鍛含量約為70％，與投料比例相近；凝膠滲透色譜儀(GPC)表明所合成的PBST共聚酯重均分子量分布在9×104～1.4×1

3、05；通過烏氏粘度計測試其特性粘度η分布在0.7～1.1dL/g；熔融指數(shù)測定儀測試其熔融指數(shù)MI分布在23～50g/10min；采用密度梯度法測定共聚物密度ρ分布在1.28～1.29g/cm3，為聚合物的應(yīng)用提供了的重要參數(shù)。 其次，利用差示掃描量熱儀(DSC)、熱重分析儀(TGA)、廣角X衍射儀(WAXD)、偏光顯微鏡(POM)等研究了PBST共聚酯的熱學(xué)及結(jié)晶性能，結(jié)果表明共聚物有良好的熱性能，熔融溫度Tm、熱分解溫度Td

4、分別可達(dá)180℃、380℃；共聚物為半結(jié)晶高聚物，有著近似PBT的晶體結(jié)構(gòu)。利用毛細(xì)管流變儀分析了PBST共聚酯的流變性能，研究結(jié)果表明PBST的表觀粘度隨剪切速率的增加而降低，是典型的切力變稀型非牛頓流體；隨著熔體溫度的上升，表觀粘度對剪切速率的依賴性下降；PBST熔體的粘流活化能隨剪切速率的上升而降低，故其溫度敏感性也隨著剪切速率的上升而下降；在相同的剪切速率下，分子量越大，PBST熔體的剪切應(yīng)力σ，表觀粘度ηα和結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)⊿η增

5、大，非牛頓指數(shù)n減小。 通過對不同分子量PBST共聚物進(jìn)行熔融紡絲實驗，分析了分子量對PBST成纖性能的影響，研究并優(yōu)化了PBST共聚酯的熔融紡絲工藝。研究結(jié)果表明，當(dāng)PBST共聚酯重均分子量大于1.1×105時，紡絲穩(wěn)定性好，成纖性能優(yōu)良；PBST共聚物具有較寬的可紡溫度范圍，其中在210～225℃時最為合適；PBST纖維適合較高的紡速，紡速可達(dá)1000m/min；基于反復(fù)實驗，探索PBST纖維較佳的后牽伸工藝為牽伸溫度80℃

6、，定型溫度160℃，牽伸倍數(shù)在1.5～2.5。通過最優(yōu)紡絲工藝所紡PBST纖維強度可達(dá)3.5cN/dtex。 此外還利用脂肪酶PS(R)、活性污泥和不同pH值的磷酸鹽緩沖溶液對PBST纖維進(jìn)行了降解實驗，通過對降解前后纖維的分子量、質(zhì)量、強力、熱性能及表面形態(tài)等的比較初步研究了PBST纖維的降解行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著降解時間的延長，纖維樣品的分子量、質(zhì)量、單絲強力等呈現(xiàn)穩(wěn)定的下降；PBST纖維降解速率幾乎不受分子量的影響；PBST