有机硅改性聚酯及其增塑PVC性能研究

作     者：季淑芳 

作者单位：青岛科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：武玉民

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：聚丁二酸己二醇酯 聚马来酸己二醇酯 改性 PVC 增塑性能 氢键 

摘      要：聚氯乙烯(PVC)是目前应用最广泛的塑料之一,然而由于分子间强的极性作用,纯PVC材料硬度高、脆性大,加工困难,需要添加助剂以提高PVC材料的柔韧性。增塑剂则是用量最大的一种助剂,其中邻苯二甲酸酯类增塑剂的应用最为普遍。但邻苯二甲酸酯是一类单体型增塑剂,其增塑PVC的稳定性较差,增塑剂易从PVC中迁移出来,并且具有潜在的致癌性,因此绿色环保增塑剂的研发迫在眉睫。聚酯是由二元酸和二元醇缩聚而得,相比单体型增塑剂具有优异的耐迁移性,但其增塑效率却低于传统单体型邻苯酯类增塑剂。本文在聚酯增塑剂研究的基础上,将Si-O-Si基团引入聚酯中,利用其较好的柔韧性对聚酯进行改性,探讨了不同改性方法对聚酯增塑性能的影响。以丁二酸和己二醇为原料缩聚合成羟基封端的聚丁二酸己二醇酯(PHS),利用PHS端羟基与羟基硅油之间的缩合反应,将Si-O-Si基团引入PHS,获得羟基硅油改性的聚丁二酸己二醇酯(MPHS)。研究发现,当羟基硅油含量为5%,MPHS含量为40 phr时,MPHS增塑效率达到137.05%,较PHS提高了51.72%;FT-IR光谱和XPS分析发现,与纯MPHS相比,MPHS增塑的PVC中,改性聚酯的C=O吸收峰向低波数偏移,改性聚酯的Si-O-Si键能亦减小了0.5eV,这是因为在PVC/MPHS试样中,MPHS中的极性基团Si-O-Si和C=O分别与PVC中的α-H形成了氢键。氢键的存在使PVC与MPHS的作用力增大,故改性后MPHS的增塑效率提高,增塑剂在PVC中的稳定性增加。以马来酸酐和己二醇为原料缩聚合成了聚马来酸己二醇酯(MH),以1,1,3,3-四甲基二硅氧烷(TD)为改性剂,通过硅氢加成反应对MH进行改性,在MH主链上引入支链Si-O-Si链段,成功合成了TD改性聚马来酸己二醇酯(MHA)。实验发现Si-O-Si链段的加入有效地提高了MH的增塑效率,反映在增塑PVC试样的Tg降低和断裂伸长率增加;耐迁移性分析可以发现当TD含量为10%时即增塑剂MHA-2的迁移量均不超过2%,是这几种增塑剂中耐迁移性最佳的,而DOP的迁移量最高达20%,最低12.47%;根据红外光谱和XPS分析发现,PVC分子的极性基团与MHA的极性基团相互作用产生氢键,提高了增塑PVC试样柔韧性和稳定性。