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    生物降解PBS和聚氨酯的合成新工艺研究

     近年来,已经有许多种类的可降解塑料被研制出并走进人们的生活,这些塑料普遍具有良好的生物降解性、熔融加工性、化学惰性、耐热性能及力学性能。

     

    其中,聚丁二酸丁二酯(PBS)是一种具有高实用性的线性脂肪族聚酯。其分子链上无支链存在,整体结构较为规整,分子链柔顺性较好,因此具有与传统塑料(如PP)相近的加工性能与使用领域。

     

    然而,现今市场上的PBS普遍分子量较低、结晶度较高且分子链流动性较差而使其应用受到了限制。因此,为了增强PBS的实用性,需要针对新研发新的合成工艺,以达到提高其分子量、增强其力学性能并改善其结晶性能的目的。

     

    一、PBS合成工艺

     

    PBS的合成方法理论上有生物发酵法和化学合成法两种方法。生物发酵法的生产成本高,周期长,难以批量生产。因此,PBS的合成绝大部分使用的是化学合成法。

     

    化学合成法

     

    化学合成法可对产品进行分子设计,合成的成本较低,主要包括酯交换法、直接酯化法和扩链法。

     

    1酯交换法

     

    酯交换法,是以丁二酸二甲酯与1,4-丁二醇为原料,在催化剂存在下,高温、高真空脱甲醇进行酯交换反应得到PBS。

     

    2直接酯化法

     

    直接酯化法以丁二酸和1,4-丁二醇为原料直接合成得到PBS,其合成方法由两个步骤完成:先在较低的反应温度下将丁二酸与过量的1,4-丁二醇进行酯化反应,形成端羟基预聚物;然后在高温、高真空和催化剂存在下脱除1,4-丁二醇,得到聚酯。

     

    3扩链法

     

    扩链法合成聚酯提高聚酯分子量的重要方法之一是采用快捷、有效的扩链反应。扩链反应是指扩链剂官能团与聚酯端基的反应,能增加聚酯的分子量,达到扩链效果。扩链反应具有工艺流程短、设备投资少、生产效率高、操作简便等优点,并可在聚酯生产后缩聚釜、熔融纺丝、螺杆挤出等成型过程中实施,是目前国内外竞相开发的热点。日本Showa公司的Bollone就是采用扩链法生产的。

     

    二、PBS改性研究

     

    1交联改性

     

    对PBS而言,其较低的熔体强度限制了它在泡沫塑料方面的应用。交联可限制分子链的运动和发泡过程中气泡的过度增长,保持气泡适宜大小直至冷却定型,从而解决PBS因熔体强度过低而造成的气泡过大、串泡及泡孔塌陷等问题。

     

    2共聚改性

     

    共聚是调节和改善聚合物物理性能的重要手段,它从分子结构设计出发,可以合成出各种结构新颖、性能可调的高分子材料,从而满足人们生产生活的不同需要。相较交联改性、共混改性和纳米复合改性而言,共聚改性具有更大的灵活性,可以在更宽范围内调节聚合物性能。

     

    三、PBS研发与应用难题

     

    聚丁二酸丁二酯(PBS)由于良好的物理机械性能和加工性能而受到广泛关注,是最具有前途的生物降解材料之一。但实际生产中,企业要如何才能开发出具有自主知识产权的催化剂和聚合工艺呢?如何克服基础研究和工艺试验所遇到的技术难题?在研究成果与企业达成合作之前,PBS的产业化生产和应用遇到的技术难题谁来解答?2021年12月28日,由粉体网旗下直播平台“粉体公开课”举办的“2021可降解塑料技术与应用论坛”,将于上午9:00开课,来自天津工业大学的郑柳春教授为大家带来题为《生物降解PBS和聚氨酯的合成新工艺研究》的专业报告,详细讲述PBS和聚氨酯的绿色合成工艺,一对一解答相关技术问题。