分子模擬在生物基增塑劑中的應(yīng)用.pdf

1、增塑劑是塑料制品中用量最大的一種塑料助劑，它具有降低材料Tg，增大材料柔韌性，改善材料的使用性能的功能。鄰苯類增塑劑對(duì)人體和環(huán)境具有較大的毒害作用，國(guó)內(nèi)外都對(duì)其應(yīng)用作出了相關(guān)限定，新型生物基增塑劑對(duì)人體和環(huán)境毒性低，是目前的研究熱點(diǎn)。
　　傳統(tǒng)的增塑劑研發(fā)主要依賴于經(jīng)驗(yàn)，這種方法缺乏針對(duì)性，時(shí)效性低。現(xiàn)行增塑劑的分子模擬僅通過(guò)對(duì)增塑劑和PVC相關(guān)熱力學(xué)參數(shù)計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)其相容性，不能預(yù)測(cè)增塑劑與PVC混合的性能，具有一定的局限性。本文

2、通過(guò)Material Studio平臺(tái)，建立增塑劑和PVC混合體系性能模擬的方法，從分子的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析預(yù)測(cè)材料的性能，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模擬的結(jié)果，從而使增塑劑的研發(fā)更加具有針對(duì)性、指導(dǎo)性，其具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)建立了增塑劑和聚合物混合體系性能的模擬方法，確定了分子動(dòng)力學(xué)模擬中PVC的聚合度(n)為40，純PVC體系的Tg為340K，力學(xué)性能中楊氏模量(E)為3.72GPa，體積模量(K)為3.27GPa，剪切模量(G

3、)為1.41GPa、泊松比(γ)為0.301，與文獻(xiàn)對(duì)比，Tg與力學(xué)性能參數(shù)基本吻合，驗(yàn)證了模擬方法的可靠性。
　　(2)建立塑化劑/PVC混合模型，通過(guò)上述方法模擬DOP/PVC、環(huán)氧脂肪酸酯(EFM)/PVC和辛酸糖醇酯(ISD)/PVC混合體系的相容性、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和力學(xué)性能。結(jié)果表明三種塑化劑都與PVC相容，其中環(huán)氧脂肪酸酯(EFM)、辛酸糖醇酯(ISD)與PVC相容性都優(yōu)于DOP與PVC，而且分子間徑向分布函數(shù)從微觀角

4、度驗(yàn)證了增塑劑與PVC的相容性。DOP/PVC、EFM/PVC、ISD/PVC體系的Tg分別為306K、309K、303K，分子間徑向分布函數(shù)(g(r))和均方根位移(MSD)從微觀角度解釋了Tg降低的原因。增塑劑/PVC體系的力學(xué)性能，對(duì)比純PVC體系，DOP/PVC體系的楊氏模量下降22.1％，EFM/PVC和ISD/PVC體系的楊氏模量下降35.1％和34.8％;體積模量分別降低26.2％，38.5％，30.8％;剪切模量分別降低

5、14.3％，35.0％，34.3％，表明EFM和ISD體系的力學(xué)性能要優(yōu)于DOP體系。
　　(3)通過(guò)熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)、熱失重實(shí)驗(yàn)、差式掃描量熱實(shí)驗(yàn)和拉伸實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了DOP/PVC以及EFM/PVC體系的相容性、Tg和力學(xué)性能。EFM體系190℃下的顏色和形狀的變化小于DOP體系，10％和50％失重的溫度和失重速率最高溫度均高于DOP/PVC體系，Tg分別為307K和312K，EFM體系的斷裂伸長(zhǎng)率、拉伸強(qiáng)度、給定伸長(zhǎng)率應(yīng)力分別為DOP