脂肪酶催化合成聚酯作增塑剂的研究

作     者：杨众 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王芳

授予年度：2021年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 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：脂肪酶 酶催化 聚酯 增塑剂 丁腈橡胶 

摘      要：丁腈橡胶（NBR）是一种广泛用于国计民生的重要合成橡胶,应用于多个领域。由于分子组成的特异性使其粘度较大难以加工利用,因此研究新型增塑剂优化加工成型工艺成为亟待解决的关键问题。本研究以绿色高效合成无毒聚酯增塑剂为目的,通过酶催化合成了多元聚酯,以替代传统有毒副作用的邻苯二甲酸二辛酯（DOP）。论文以三种及以上的二元酸和二元醇为底物,以脂肪酶为催化剂,通过底物二元酸自催化预聚、酶催化缩聚两步法合成了六种直链型聚酯增塑剂:聚（丁二酸-癸二酸-戊二醇-己二醇-辛二醇酯）（PASPHO）、聚（丁二酸-丁二醇-丙二醇酯）（PAPB）、聚（己二酸-丁二醇-丙二醇酯）（PHPB）、聚（癸二酸-丁二醇-丙二醇酯）（PSPB）、聚（衣康酸-丁二酸-癸二酸-丁二醇-丙二醇酯）（PIASPB）和聚（衣康酸-己二酸-丙二醇酯）（PIAP）。优化了聚酯合成工艺,分析表征聚酯产物数均分子量、分子结构。结果表明:六种聚酯数均分子量在1000～2500之间,分散系数在1.1～1.5之间,底物酸转化率达98%以上。合成的六种聚酯增塑剂应用于NBR的加工成型,探究了不同增塑剂对橡胶的加工性、力学性的影响差异,并通过橡胶试片断面形貌的观察来考察其增塑效果。结果表明:PASPHO聚酯由于分子链更加柔顺,不易结晶,能破坏分子链的规整性,故在NBR中的增塑效果最佳。当PASPHO添加量为15份时,橡胶的门尼粘度较DOP下降8.4%,交联密度上升9.3%,制得的橡胶产品不易发生形变,胶料的力学性能及耐寒性与DOP相当。六种聚酯增塑剂在常见溶剂（水、乙醇、石油醚）中都表现出较好的耐抽出性,酶降解试验和细胞毒性试验发现六类聚酯增塑剂降解效果都优于DOP,都具有良好的生物相容性。