生物基可闭环回收的高分子材料的研究及应用进展

以可再生的生物质为原料,设计合成可闭环回收的高分子材料,可以实现原料和高分子材料的可持续发展。本文概述了生物基可闭环回收高分子材料的发展和特性,从设计、合成、性能及应用等方面介绍了近几年来木质素、纤维素和植物油等生物基可闭环回收的高分子材料的研究进展,总结了其在3D打印、柔性电子材料、摩擦电纳米发电机、抗菌材料、太阳能蒸发器等方面的应用现状,并对生物基可闭环回收的高分子材料未来研究提出了建议。

木质素基阻燃剂的研究进展

木质素化学结构中含有丰富的碳原子,其本身可作为高分子材料中的填料,在高分子材料燃烧过程中提供碳源并促进阻燃;木质素的分子结构含有芳香基、酚羟基、醇羟基等活性基团,通过化学改性将具有阻燃作用的元素或基团引入到木质素的化学结构中,可以获得一系列木质素基阻燃剂。本文从木质素结构入手,概述了国内外未改性木质素,氮、磷改性木质素和掺入金属铜或非金属硅的氮磷改性木质素在不同聚合物材料中做阻燃剂的研究进展,包括物理协同阻燃配方、化学改性制备方法、处理前后的阻燃效果对比。同时,解释了相应阻燃剂的阻燃机理,包括:释放出的不可燃气体对氧气的隔绝作用,形成致密不可燃炭层,以及对热量传递的阻碍作用等。并对木质素基阻燃剂的应用前景进行了展望。

基于动态硼酸酯键聚合物的构筑和应用研究进展

基于动态硼酸酯键构筑的聚合物有一定的自修复能力和对刺激的多重响应性,能够通过诱导材料内部物理/化学结构的拓扑重组并以此来响应生物信号的变化。本文综述了基于水解/再酯化、二醇硼酸酯之间的酯交换和硼酸酯之间的酯交换3种不同的硼酸酯酯交换机制构筑的多种天然/非天然高分子材料;通过传统共价键和硼酸酯动态共价键协同作用设计更加稳定的四面体硼酸盐结构来解决硼酸酯基聚合物稳定性较差的策略;硼酸酯基聚合物在生物医药、传感器和可回收材料等多领域的应用潜力。重点介绍了硼酸酯键与其它动态键协同作用制备理想的聚合物材料,如水凝胶、有机凝胶、液晶材料和可回收纳米材料等。

纤维素纳米晶体/聚苯乙烯复合薄膜的制备及性能研究

通过Pickering乳液法一步实现亲水性纤维素纳米晶体(CNC)和疏水性聚苯乙烯(PS)的高效复合,经溶液浇筑成膜与热压耦合制得力学性能优异的CNC/PS复合薄膜。结果表明,尽管CNC的添加会降低PS薄膜的透明度,但当CNC添加量≤10%时,CNC/PS复合薄膜仍能保持良好的透明度。当CNC添加量为8%时,CNC/PS复合乳液中的乳滴尺寸和乳滴分布均一性最佳,此时CNC/PS复合薄膜的力学性能最佳,其拉伸强度为33.8 MPa,远优于纯PS薄膜(18.9 MPa),韧性和杨氏模量分别为408.1 kJ/m^(3)和1.9 GPa,是纯PS薄膜的1.8倍和1.5倍。当CNC添加量增至20%时,CNC/PS复合薄膜出现发白现象,透光率显著下降,但仍具有与纯PS薄膜相当的力学性能(拉伸强度为20.9 MPa,杨氏模量为1.6 GPa)。

生物基Vitrimer高分子材料的研究进展

传统高分子材料分为热塑性材料和热固性材料,热塑性材料可二次加工但刚性不足,热固性材料虽刚性大但回收困难。类玻璃高分子(Vitrimer)材料则介于热塑性材料与热固性材料之间,是一种具有高交联密度网络、可进行二次加工的材料。根据Vitrimer的网络交换机理重点介绍了生物基类玻璃高分子的发展史和研究进展,对基于不同共价键的生物Vitrimer进行了详细介绍:动态酯交换反应的条件相对温和,反应速度快,反应原料广泛,但材料力学性能和可逆性较差;动态二硫键交换的可逆性与可控性更好,且反应对外界酸碱环境要求并不苛刻,然而反应底物一般具有毒性和刺激性气味;动态亚氨键交换可使得材料具有良好的机械性能和耐久性,生物相容性较好,但反应条件与原材料选择相对单一。综述了生物基Vitrimer材料的应用与优势,动态共价键的引入弥补了传统3D打印材料刚性不足和功能单一的缺点,增强了碳纤维复合材料的综合性能,提高了弹性体材料的使用寿命及自我修复效率。并对未来发展前景做出了展望。

绿色增塑剂的研究进展

综述了国内外关于绿色增塑剂领域的最新研究应用进展,主要介绍了柠檬酸酯类、植物油基及环氧酯类、聚酯类和新型非邻苯类等增塑剂的制备方法、物理化学性质、热力学性能和力学性能以及在材料制品中的应用现状,并对其进行了比较;最后,对绿色增塑剂的应用前景做了展望。

豆油基聚酯增塑剂的合成及与聚氯乙烯共混性能分析

为了进一步利用可再生资源植物油代替石油合成化学品，该研究使用豆油和甘油在230℃下合成了豆油单甘脂，将其作为合成聚酯的二元醇组分，与马来酸酐反应，并以异辛醇为封端剂控制分子量，经过酯化和缩合反应合成了豆油基聚酯增塑剂。采用红外光谱、核磁共振和凝胶渗透色谱对该豆油基聚酯产品的结构和分子量进行了表征；将其与聚氯乙烯热塑共混成型，使用转矩流变仪、扫描电镜、热重分析仪、动态热机械分析仪和万能拉力试验机对共混物的扭矩、相容性、热性能和力学性能进行了表征。研究发现：通过单甘脂与马来酸酐酯化缩合反应合成了分子量范围为3000～3500的聚酯产品，该聚酯产品与邻苯类增塑剂复配使用增塑聚氯乙烯，增塑聚氯乙烯在热塑过程中的扭矩从13.4 N·m降低到10.1 N·m；扫描电镜分析表明聚酯增塑剂较好地改善了聚氯乙烯和填料的相容性；增塑聚氯乙烯的热降解温度由254.7℃提高到255.6℃，玻璃化转变温度由55℃降低到42℃；拉伸强度由16.9 MPa降低到9.6 MPa，断裂伸长率由179.6%增加到269.3%，因此该产品可以作为聚氯乙烯的优良增塑剂使用。

利用植物油油脚和皂脚制备脂肪酸的研究进展

油脚和皂脚分别是油脂水化脱胶和油脂碱炼时的副产物,利用植物油油脚和皂脚可以制备化工原料脂肪酸。综述了植物油油脚和皂脚的原料来源、组成及性质、制备脂肪酸的技术及研究进展、脂肪酸的分离鉴定技术及开发应用前景,并指出将传统方法与现代技术相结合,根据原料和产品的性质,制定合理高效的工艺是充分利用植物油油脚和皂脚的必要条件;通过进一步合理利用和开发油脚和皂脚,可以变废为宝,为企业和社会创造可观的经济效益。

生物甘油基和蓖麻油基聚酯增塑剂的研究与应用进展

生物基聚酯增塑剂是一种具有迁移性小、耐高温、不容易被水和溶剂抽出的高分子增塑剂,并且具有无毒环保、可生物降解及原料可再生等特点。文中以生物甘油基聚酯增塑剂和蓖麻油基聚酯增塑剂为例,系统地综述了2种生物基聚酯增塑剂的原料来源、制备方法、性能及研究应用进展,并指出生物基聚酯增塑剂是未来增塑剂行业发展的必然趋势。

聚癸二酸丙二醇酯的优化合成与表征

以癸二酸,1,2-丙二醇,2-甲基-1,3-丙二醇为原料,以钛酸四正丁酯为催化剂,分别经酯化、缩合过程合成了聚癸二酸丙二醇酯系列聚酯增塑剂;使用傅立叶变换红外光谱仪、核磁共振氢谱仪、热重分析仪、差示扫描量热仪、凝胶色谱仪分别对聚酯产品的结构、热稳定性、玻璃化转变温度和分子量进行了系统表征。结果显示,反应条件为醇酸物质的量之比1.25∶1,催化剂用量为二元酸质量的0.06%,反应温度为180℃,反应时间为8 h,抽真空时间为2 h,此时得到了聚癸二酸1,2-丙二醇酯和聚癸二酸2-甲基-1,3-丙二醇酯产品,其数均分子量分别为924,1 668,分解温度分别为417.8℃和449.7℃,具有较好的热稳定性。

豆油基磷–氯协同阻燃增塑剂的合成,表征和应用

使用可再生资源环氧豆油与三氯氧磷合成了豆油基磷–氯协同阻燃增塑剂。使用傅里叶变换红外光谱和核磁共振氢谱对合成产品的结构进行了分析和表征,结果表明得到了预期的产品。将该产品与聚氯乙烯(PVC)热塑共混成型制备了阻燃增塑PVC共混体系,使用热重分析仪、马弗炉、极限氧指数(LOI)仪和万能拉力试验机对阻燃增塑PVC共混体系的热稳定性能、阻燃性能及力学性能进行了表征。结果表明,合成的大豆油基磷–氯协同阻燃增塑剂对PVC具有高效的阻燃和增塑作用,当其用量从0份增加到30份时,阻燃增塑PVC共混体系的LOI从24.1%增加到33.2%,断裂伸长率从170.14%增加到260.32%,热稳定性也得到提高;合成的阻燃增塑剂的阻燃机理主要是通过促进PVC共混体系表面形成致密的炭层来阻止共混体系进一步热降解。

聚癸二酸甘油单月桂酸酯的合成及其对聚氯乙烯增塑性能的研究

以甘油单月桂酸酯和癸二酸为原料,以钛酸正丁酯为催化剂,在180℃下合成了高相对分子质量的聚癸二酸甘油单月桂酸酯。采用红外光谱、核磁共振仪和凝胶渗透色谱仪对聚癸二酸甘油单月桂酸酯的结构和相对分子质量进行了表征;并将该聚酯作为增塑剂与聚氯乙烯(PVC)热塑共混成型后,采用热重分析仪、万能拉力试验机对共混物的热性能和力学性能进行了表征。结果表明,通过甘油单月桂酸和癸二酸的直接缩聚反应可以得到高相对分子质量的聚癸二酸甘油单月桂酸酯;该聚酯增塑剂可以在PVC共混物整个热降解过程中提高其热稳定性;该聚酯增塑剂使PVC共混物的断裂伸长率由260.34%提高到319.01%,拉伸强度由24.55 MPa降低为13.08 MPa。

豆油基聚酯塑化聚氯乙烯的热性能和迁移性能研究

使用大豆油经醇解、酯化和缩合反应制备了豆油基聚酯,采用红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)对该豆油聚酯产品的化学结构进行了表征,将其与邻苯二甲酸二辛酯复配使用增塑聚氯乙烯(PVC),经热塑共混成型制备塑化PVC共混物,对共混物的热性能、耐迁移性能和力学性能进行了测定。研究发现:该豆油基聚酯的相对分子质量为3 541、黏度2.7 Pa·s、酸值1.02 mg/g。聚酯产品可将PVC共混物的热分解温度提高到256.1℃,拉伸强度和断裂伸长率分别达到6.5 MPa和230.3%;豆油基聚酯复配DOP塑化PVC,可将增塑剂在蒸馏水、乙酸溶液、乙醇溶液、石油醚和橄榄油的迁移率分别降低到0.18%,0.22%,0.28%,0.83%和0.34%;聚酯增塑剂优异的耐迁移性能可使聚氯乙烯制品的力学性能和热性能等长期稳定,也可降低由于增塑剂迁移到人体所带来的潜在危害。

蓖麻油基含硅阻燃增塑剂的合成及其在聚氯乙烯中的应用

为提高增塑剂的阻燃性能,以可再生资源蓖麻油合成了一种蓖麻油基含硅阻燃增塑剂(Si-ECO),并将其应用到聚氯乙烯(PVC)中。首先将蓖麻油与三甲基氯硅烷反应得到中间体(Si-CO),再与双氧水、甲酸等进行环氧化得到最终产品。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(~1H NMR)对分子结构进行表征。将该蓖麻油基含硅增塑剂与PVC以及其他助剂进行共混注塑,得到不同含量Si-ECO的PVC树脂。以动态机械分析(DMA)、热重(TG)以及极限氧指数(LOI)等方法测试共混树脂的热力学性能和阻燃性能;以万能力学试验机表征力学性能。试验结果表明:随着Si-ECO阻燃增塑剂含量的增加,其热稳定性有所提高,同时残炭量也增加到4.72%;通过DMA分析可知,该蓖麻油基增塑剂Si-ECO与PVC具有良好的相容性,且能有效提高树脂的阻燃性能,体系的LOI从25.0增加到30.7,热释放速率(HRR)和总释放热(THR)分别为263.14 k W/m^2和29.5 MJ。以蓖麻油为基础合成具有阻燃功能的增塑剂具有广阔的发展前景。

高性能生物基聚氯乙烯增塑剂的制备与应用

以来源广泛的废弃油脂地沟油为主要原料,通过酯交换、环氧化和开环等常用的化学反应制备出性能优良的聚氯乙烯(PVC)增塑剂。气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析表明,相转移催化剂([(C_8H_(17))_3NCH_3]_3[PO_4[W(O)(O_2)_2]_4]^(3-))可以在无羧酸条件下有效地催化脂肪酸结构中双键发生环氧化反应;利用核磁共振氢谱、红外光谱对各种产物进行表征,结果表明目标产物AC-FAME-BA被成功制备。不同增塑剂增塑PVC制品的力学性能和动态力学热分析结果表明,添加AC-FAME-BA可以有效降低PVC制品的模量和玻璃化温度,增加断裂伸长率,50 phr的添加量可以使PVC材料的玻璃化转变温度降低到22.8℃;对比分析各制品的力学性能、动态力学热分析和耐挥发性能,结果表明ACFAME-BA的增塑性与相容性要优于环氧大豆油(ESO),与邻苯二甲酸二辛酯(DOP)相当。对比ESO和DOP,AC-FAMEBA(35 phr)增塑的PVC在极性溶剂(乙醇)中抽出量相对较多,在弱极性溶剂(石油醚)中抽出量相对较少。这些应用分析结果表明AC-FAME-BA是一种性能优良的PVC增塑剂,在某些领域可以完全替代DOP。

环氧腰果酚/硅氧烷对酚醛树脂及泡沫性能的影响

以环氧腰果酚(ECD)为酚原,替代部分苯酚,同时引入1,3-双(氨丙烷基)四甲基二硅醚(APTMDS),合成改性酚醛树脂,进而制备改性酚醛泡沫。分析APTMDS添加量一定时,ECD替代苯酚量对改性树脂的结构、游离酚含量、游离醛含量、黏度以及热稳定性的影响,研究ECD替代苯酚量对改性泡沫压缩强度、弯曲强度、易碎性能以及燃烧性能的影响。结果表明,当APTMDS添加量一定时,改性树脂体系的游离酚含量随着ECD的替代量的增加而呈下降趋势,游离醛随着ECD的替代量的增加而呈上升趋势,改性树脂体系的黏度随着ECD的替代量的增加有所上升。改性酚醛泡沫的压缩和弯曲强度有很大程度的提高,当ECD替代量为4%(wt)时,改性泡沫的压缩和弯曲强度最大,分别为0.281和0.363 MPa,与纯酚醛泡沫相比,分别提高了91.16%和62.05%。改性酚醛泡沫粉碎率有所降低,当ECD替代苯酚量为12%时,改性酚醛泡沫的粉碎率最小,19.81%,与纯酚醛泡沫相比,下降了24.13%。改性后的酚醛泡沫的阻燃性能略有下降。

超(亚)临界水热液化降解木质素为酚类化学品的研究进展

木质素是一种自然界唯一能提供再生芳基化合物的天然可再生资源。水热液化技术是一种环境友好、可持续发展的高新技术,不仅能将木质素转化为生物燃料,也可将木质素转化为酚类化合物等高附加值化学品。文中阐述了超(亚)临界水热液化降解木质素为酚类化学品的最新进展,主要介绍了木质素的结构、超(亚)临界水的性质及水热液化的优点,并分析了水热液化木质素的影响因素及反应机理。最后对超(亚)临界水热液化降解木质素为酚类化学品的前景进行了展望。

不同酥油理化特性及脂肪酸组成分析

对食用酥油和工业酥油的理化特性和脂肪酸组成进行了研究。结果表明:脂肪是食用酥油和工业酥油的主要组成成分,含量分别为87.58%和98.87%;食用酥油与工业酥油的酸值(KOH)分别为1.23、5.71 mg/g,过氧化值分别为0.475 7、1.003 6 meq/kg,折光指数(50℃)分别为1.443 5、1.438 8,皂化值(KOH)分别为122.97、130.60 mg/g,碘值(I)分别为30.41、44.50 g/100 g,黏度(50℃)分别为29.2、25.2 mPa.s,熔点分别为42.3、47.5℃;食用酥油与工业酥油饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的含量分别为84.83%、15.17%和76.37%、23.63%。

大豆油脂肪酸多酯的制备及其对PVC增塑性能研究

以大豆油为起始原料,经过环氧化、酯交换等反应制得环氧大豆油脂肪酸甲酯(ESAO);然后,ESAO、醋酸和醋酸酐“一锅法”反应制备出大豆油脂肪酸多酯(SF-PE)。GC分析表明:ESAO中的甲酯大于96%;IR、1HNMR和13CNMR等分析手段对产物结构表征,证明了SF-PE被成功合成;TG分析表明SF-PE的热稳定性能要优于ESAO。对比分析了以SF-PE、ESAO、环氧大豆油(ESO)和市售环氧脂肪酸甲酯(EFAM)作为增塑剂制备PVC制品的机械性能、动态机械性能和热稳定性,用树脂量50%的SF-PE增塑PVC样品的拉伸强度为19MPa,邵氏硬度为90.2,综合机械性能优于其他3种增塑剂,玻璃化转变温度(Tg)为26.4℃;SF-PE增塑PVC样品的耐低温性能优于ESO;热稳定性与ESAO相当,要优于EFAM,但是不及ESO。

聚氨酯预聚体改性酚醛泡沫的研究进展

酚醛泡沫是近几年发展起来的一类新型泡沫塑料,具有阻燃、低烟、自熄等独特性能,传统酚醛泡沫是由酚醛树脂在固化剂、发泡剂、表面活性剂及其他助剂存在条件下,同时发泡、固化制成。固化后的酚醛树脂因自身结构的缺陷,从而使得制备的酚醛泡沫存在延伸率低、硬度大、耐冲击性差、粉碎率高等问题,限制了其产品应用及快速发展。因此对酚醛树脂及其泡沫进行改性研究以降低其脆性,提高其韧性,具有一定理论和现实意义。文中阐述了酚醛泡沫的增韧方法,着重介绍了直接混合法、NCO链端预聚体法以及OH链端预聚体法等3种聚氨酯预聚体增韧酚醛泡沫的方法,并分析了聚氨酯预聚体增韧酚醛泡沫的增韧机理。最后总结了聚氨酯预聚体改性酚醛泡沫存在的问题。