温度对酶促聚对苯二甲酸乙二醇酯降解的影响分析

近年来,聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的酶法降解及循环利用备受关注.PET的酶法降解是在不可溶聚合物表面发生的界面催化过程,酶通过水解PET聚合物表面上可及的酯键,将聚合物逐渐分解成单体.反应温度可以从酶的催化活性、热稳定性以及PET材料的生物可降解性等多个方面影响PET的降解过程,是影响PET酶法降解效果的主要因素之一.深入了解温度对PET酶降解过程的热力学和动力学调控机制,对PET降解酶的发掘与改造和酶法降解工艺的优化具有重要意义.本文以叶枝堆肥角质酶(LCC)的突变体WCCG为例,详细研究了温度对WCCG降解低结晶度PET(结晶度7.6%)和高结晶度(结晶度30%)PET微颗粒的影响.通常认为PET的酶促降解需要在其玻璃化转变温度(Tg,~70℃)附近或以上进行.实验测定了不同温度下的降解速率,并利用阿伦尼乌斯公式作图.结果表明,当反应温度在45℃(低于通常认为的Tg,b值约20℃)附近时,反应活化能突然降低,说明此时PET微颗粒表面的玻璃化转变已经开始,酶促降解已经能够有效进行,表现出酶解PET的界面催化特征.当温度高于75℃时,PET降解速率迅速降低,酶受热失活.研究还发现,WCCG存在热激活现象:通过将WCCG在不同温度下温育一段时间后在60℃下进行活性测定,WCCG在50-70℃范围内温育后活性显著提高;在70℃下温育4 h后其降解低结晶度PET的活性提高约1倍,同时对小分子底物4-硝基苯酚丁酯的活性也有明显提高.利用圆二色光谱和荧光光谱检测了WCCG的二级和三级结构变化.结果表明,热处理后的WCCG中的α-螺旋含量显著减少而β折叠含量增加,酶分子疏水性提高,这与分子动力学模拟结果一致.单分子力谱测试结果表明,热处理后的WCCG较处理前的酶与PET薄膜之间的粘附力从88 pN提高到150 pN.因此,WCCG的热激活是其本征催化活性改善和酶与PET表面吸附力增强共同作用的结果.WCCG在高结晶度PET的降解中也存在类似热激活现象.此外,在长时间的降解反应中,无定形区域的PET链段在相对较高的降解温度下逐渐进一步结晶,导致酶催化降解速率随着降解时间的延长而下降.综上所述,温度对酶催化PET降解过程的主要影响包括:PET表面的玻璃化转变、酶的热激活、酶的热失活、温度导致的PET材料再结晶,这些因素相互交织,说明酶促PET降解的温度依赖的复杂性.未来的研究除了继续挖掘和设计高活性、高稳定的PET水解酶外,还应提高酶在45到70℃范围内的催化活性并关注降解工艺的优化.

十四烷二酸共聚改性聚对苯二甲酸乙二醇酯的流变及可纺性研究

利用毛细管流变仪研究了改性单体十四烷二酸添加量对共聚改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)流变性能的影响。考察了共聚酯表观黏度(ηa)、黏流活化能(Eη)和非牛顿指数(n)与剪切温度及剪切速率的关系,并研究了不同共聚酯的熔融纺丝性能。结果表明:共聚酯属于典型的假塑性非牛顿流体,ηa和Eη随十四烷二酸添加量的增加而下降。随着温度升高,非牛顿指数n值变大,在270、275、280℃时共聚酯n值均略低于空白PET;在285℃,十四烷二酸添加量为4%的共聚酯n值与空白PET相当。共聚酯的结构黏度指数(Δη)随着温度的升高而下降,在285℃时,十四烷二酸添加量为4%的共聚酯与空白PET的Δη值相当。随着十四烷二酸添加量增加,组件压力下降,纺丝机负荷下降。与常规聚酯相对比,十四烷二酸改性共聚酯纤维基本能够符合服用纤维的强伸性能指标,表现出较好的可纺性,并且纤维的柔软程度得到一定提升。

再生无色聚对苯二甲酸丁二醇酯-co-碳酸丁二醇酯流变性能研究

有色废旧聚酯纺织品经乙二醇(EG)醇解后,与甲醇(MeOH)酯交换并脱色提纯,得到无色对苯二甲酸二甲酯(DMT);DMT再与1,4-丁二醇(BDO)酯交换得到无色对苯二甲酸双羟基丁二醇酯(BHBT);BHBT与碳酸二甲酯(DMC)和BDO酯交换,得到双甲基碳酸丁二醇酯(BMBC),通过缩聚反应制备出再生无色聚对苯二甲酸丁二醇酯-co-碳酸丁二酯(clr-PBCT)共聚酯。采用毛细管流变仪分别对clr-PBCT60和clr-PBCT70的熔融流变性能进行了测试。结果表明:2种clr-PBCT共聚酯的熔体呈现剪切变稀现象,具有非牛顿流体的流动特征;当剪切速率小于1100 s^(-1)时,clr-PBCT60的可纺性要优于clr-PBCT70;二者的非牛顿指数n均小于1,且随着测试温度的提高而增大;其粘流活化能(ΔE_(η))则随剪切速率的增加而减小,且clr-PBCT60共聚酯的ΔE_(η)明显低于clr-PBCT70;当剪切速率小于1100 s^(-1)时,clr-PBCT60样品熔体的结构黏度指数低于clr-PBCT70样品,剪切速率增大时则相反。

聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲醇酯-对苯二甲酸异山梨醇酯合成及性能研究

为了提高聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的玻璃化转变温度,改善制品的耐热性能,以对苯二甲酸(PTA)、异山梨醇(ISB)、1,4-环己烷二甲醇(CHDM)、乙二醇(EG)为原料,采用直接酯化、熔融缩聚法合成聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲醇酯-对苯二甲酸异山梨醇酯(PCIT)共聚酯,考察ISB/CHDM比例对酯化及缩聚反应速率和产品性能的影响。采用差示扫描量热仪(DSC)研究了共聚酯的热性能,采用万能材料试验机表征了共聚酯的力学性能。结果表明,随着ISB添加量增加、CHDM添加量减少,酯化表观活化能增加、酯化及缩聚反应速率减缓、共聚酯b值升高、玻璃化转变温度T g升高、热降解速率加快、力学性能下降,但共聚酯在ISB含量为22.8%时,仍保持缺口冲击强度高于130 J/m、断裂伸长率大于100%。

扩链条件对聚丁二酸丁二酯-共-对苯二甲酸丁二酯/滑石粉共混物性能的影响

将一种多环氧官能团聚合物作为聚丁二酸丁二酯-共-对苯二甲酸丁二酯(PBST)的扩链剂,研究熔体反应挤出过程中的扩链条件对PBST/滑石粉共混物性能的影响。将扩链剂用量、反应温度和螺杆转速作为本研究的主要研究因素,通过方差分析寻找主要影响因素及各因素间交互作用。结果表明,扩链剂用量的影响最为显著,其次是温度,螺杆转速的影响不显著;随着扩链剂用量的增加,熔融温度和结晶温度降低,分子量、熔体黏度和热稳定性增加;同时,随着扩链剂用量的增加,改性PBST强度提高但韧性降低;响应面分析表明扩链剂用量、反应温度和螺杆转速分别为0.66%、200℃和300 r/min时扩链条件最优。

再生聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇共聚酯的制备及其固相缩聚

为了研究废弃聚酯纺织品的高值化再生利用,以废弃聚酯纺织品通过化学法再生制得的高纯度再生对苯二甲酸二甲酯(DMT)单体为主要原料,采用酯交换法通过熔融缩聚合成了再生聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己烷二甲醇共聚酯(PETG)切片,并对其进行了固相缩聚。采用差示扫描量热(DSC)仪、X射线衍射(XRD)仪、核磁共振氢谱仪和荧光光谱仪等分析仪器对固相缩聚前后的切片性能进行了表征测试。结果表明,再生PETG的熔点约为215℃;再生PETG切片中1,4-环己烷二甲醇(CHDM)的实际共聚比为13.9%。随着固相缩聚反应温度的升高或反应时间的增加,PETG的特性黏度增加,但增速逐渐变得趋缓,且切片的特性黏度与时间的平方根呈线性关系;选择合适的反应条件;固相缩聚后的PETG样品,其DSC升温曲线的熔融峰从低温向高温方向移动,XRD谱图上出现三个衍射峰且愈发尖锐,强度增强,结晶程度增加,端羧基含量降低;当固相缩聚反应温度高于200℃时,切片会发生一定程度的热降解且切片b值升高。

对苯二甲酸乙二醇酯二聚体水/醇/氨解机理的理论研究

采用密度泛函理论B3P86/6-31++G(d,p)方法对对苯二甲酸乙二醇酯二聚体的水/醇/氨解反应机理进行了理论研究。设计了水/醇/氨降解过程的各种可能反应路径,对参与反应的各种中间体、过渡态及产物进行了几何结构优化和频率计算以获得热力学与动力学参数值,分析了对苯二甲酸乙二醇酯二聚体主链酯键中的酰氧键位置水/醇/氨降解的反应机理。结果表明,水/醇/氨解能够降低对苯二甲酸乙二醇酯二聚体主链酯键中的酰氧键裂解的反应活化能,使反应更易于进行,其中水解中主要基元反应步的反应能垒最高约为169.0 kJ/mol,氨解最低约为153.0 kJ/mol,其次是醇解约为155.0 kJ/mol。

废聚酯非酸催化合成对苯二甲酸二(2-乙基己)酯的研究

介绍了以废聚酯瓶为原料,用醋酸锌与氧化镁复合催化剂合成对苯二甲酸二(2-乙基己)酯(DOTP)的方法.利用正交实验研究了醇解酯交换反应中的影响因素,并对产物进行了表征.当反应条件:n(2-EH)/n(PET)=4,m(催化剂)/m(PET)=1%,反应时间为8 h,反应最高温度为200℃时,对苯二甲酸二(2-乙基己)酯的收率为82.3%,与其他酯化催化剂相比,醋酸锌与氧化镁复合的催化活性最好.

用废聚对苯二甲酸乙二醇酯制备对苯型不饱和聚酯树脂

用废聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制备对苯型不饱和聚酯树脂.考察了醇解时间对醇解产物、聚合温度对反应产物的影响.该方法的主要工艺参数为:废PET:PG(摩尔比)等于1:1.5,废PET:MA(摩尔比)等于1:1,醇解温度190～200℃,醇解时间3.5～4 h,聚合温度190～210℃,聚合反应时间1.5～2 h.试验所得对苯型不饱和聚酯树脂产品的性能符合企业通用型不饱和聚酯树脂的标准.

1,4-环己烷二甲醇改性PBAT共聚酯的合成及性能

为提高降解塑料聚对苯二甲酸/己二酸丁二酯(PBAT)的力学性能、热性能及加工性能,在PBAT的分子链中引入1,4-环己烷二甲醇(CHDM)单体,采用熔融缩聚法,制备了一系列不同CHDM含量的新型聚对苯二甲酸-co-己二酸环己烷二甲酯/对苯二甲酸-co-己二酸丁二酯(PBCAT)。采用傅里叶变换红外光谱仪、液固两用核磁共振仪对共聚酯进行结构表征;利用乌氏黏度计、万能电子拉伸机、差示扫描量热仪、维卡软化点测试机、接触角测量仪分别测试了共聚酯的黏均分子量、力学性能、热性能和亲水性。结果表明,随着CHDM物质的量的增加,PBCAT共聚酯的熔点和结晶温度均呈现先降低后升高的趋势,熔点由136℃降至114℃,然后升至123℃,结晶温度由90℃降至46℃,然后升至61℃,结晶度下降。当PBCAT共聚酯的黏均分子量可达126 075 g/mol,水接触角均小于90°,材料具有良好的亲水性能。当CHDM物质的量占醇总量的25%时,PBCAT共聚酯综合性能最好,拉伸强度为20.74 MPa,与PBAT相比,提升了17%,且该共聚酯结晶度小,熔融温度较PBAT降低了7.4℃,维卡软化点达到127.4℃。

再生基聚对苯二甲酸丁二醇酯-co-碳酸丁二醇酯(r-PBCT)的热降解动力学

废旧聚酯纺织品经乙二醇(EG)醇解、与1,4-丁二醇(BDO)酯交换后得到对苯二甲酸双羟基丁二醇酯(BHBT),再与碳酸二甲酯(DMC)和BDO酯交换制备的双甲基碳酸丁二醇酯(BMBC)缩聚制备出再生基聚对苯二甲酸丁二醇酯-co-碳酸丁二醇酯(r-PBCT)共聚酯。在高纯氮气的气氛下,采用不同的升温速率对r-PBCT的热降解动力学进行研究,并与聚碳酸丁二醇酯(PBC)进行对比研究。利用Kissinger、Flynn-Wall-Ozawa及Friedman 3种方法分别计算了其热降解表观活化能。结果表明:PBC为一步降解行为;r-PBCT为两步热降解行为,随着BT链段含量的增加,活化能逐渐增加,热稳定性不断增强。利用Coast-Redfern法研究了PBC和r-PBCT的热降解反应动力学机理,其中,PBC的热降解反应级数为0.5;r-PBCT遵循一维扩散反应机理,反应级数为2.0。

聚萘二甲酸乙二酯的合成现状及应用进展

聚萘二甲酸乙二酯(PEN)是近年发展应用快速的高分子材料之一,可作为聚苯二甲酸乙二酯(PET)的升级替代品,但至今国内未实现工业化生产,属于“卡脖子”技术难题,急需推动PEN及其单体2,6-萘二甲酸二甲酯(2,6-NDC)和2,6-萘二甲酸(2,6-NDA)相关合成技术研究及产业发展。介绍了PEN的优异性能,并简述了PEN合成现状及其关键单体2,6-NDA和2,6-NDC的工业化路线;综述了PEN在薄膜、包装、生物医药、高端领域的应用,特别介绍了PEN在共聚材料领域的应用,展望了PEN未来的发展方向,为PEN关键技术开发和后端聚酯材料合理化、高附加值应用场景开发提供借鉴。

聚对苯二甲酸乙二酯/蒙脱土纳米复合材料的制备和性能

讨论了聚对苯二甲酸乙二醇酯（ＰＥＴ）／层状硅酸盐（蒙脱土）纳米复合材料的制备技术和新材料的结构与性能特征．天然蒙脱土矿物经有机离子修饰剂处理后，参与ＰＥＴ的缩聚反应．ＴＥＭ测定证实蒙脱土在ＰＥＴ中的层厚分布为３０～５０ｎｍ．蒙脱土不影响ＰＥＴ的分子量及其分布．利用ＤＳＣ、ＷＡＸＤ、ＳＡＬＳ和偏光显微镜测定了ＰＥＴ／蒙脱土的结晶速率和结晶形态，说明ＰＥＴ／蒙脱土有着很快的结晶速率，不能生成球晶结构，一般只能生成结构不完整的微晶体．

十溴二苯乙烷协同三氧化二锑阻燃聚对苯二甲酸丁二醇酯

以十溴二苯乙烷 (DBDPE)和三氧化二锑 (Sb2 O3 )作为复合阻燃剂 ,对聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)进行改性。研究了复合阻燃剂对PBT的燃烧性能、热稳定性能和力学性能的影响 ,并其对阻燃机理进行了探讨。结果表明 ,阻燃剂DBDPE/Sb2 O3 对PBT具有良好的阻燃效果 ,热稳定性能基本不变 ,而其拉伸强度、冲击强度和弯曲强度都随阻燃剂用量的增加先增后降 。

聚(对苯二甲酸丁二醇酯-co-对苯二甲酸环己烷二甲醇酯)-b-聚乙二醇嵌段共聚物的合成与表征

用熔融缩聚法合成了一系列聚 (对苯二甲酸丁二醇酯 -co-对苯二甲酸环己烷二甲醇酯 ) -b-聚乙二醇嵌段共聚物 ( PBCG) ,用 NMR,GPC,DSC,TGA及力学性能测试等方法表征了材料的结构与性能 .GPC分析显示 ,共聚物分子量均具有较为对称的单峰分布 ,多分散性指数低于 1 .70 .1 3C NMR谱结果表明 ,随 PCT摩尔分数 ( x PCT)从 1 0 %增至 60 % ,PBT平均序列长度由 4.0 2降到 1 .41 ;而 PCT平均序列长度则由 1 .1 7升至 2 .5 0 ,二者呈无规分布 .受硬段平均序列长度及结晶能力影响 ,硬段熔点及结晶度在 x PCT为 2 0 %～ 3 0 %处均达到最小值 ,可能是硬段间形成共晶所致 .TGA分析显示 ,引入芳香族聚酯组分 PCT确可提高材料的热稳定性 .力学性能测试说明 ,降低结晶度有利于提高材料的断裂延伸率 ,相反 ,则有助于增强弹性模量 。

熔融静电纺聚对苯二甲酸乙二酯超细纤维的制备及工艺优化

采用熔融静电纺丝法制备了聚对苯二甲酸乙二酯(PET)超细纤维膜,应用正交试验分析了纺丝主要工艺参数对熔融电纺PET超细纤维直径的影响。实验表明,在本实验装置条件下可实现熔融电纺工艺的有效调控,纤维直径随着纺丝电压的升高呈现下降的趋势;纤维随接收距离的增加和熔体温度的上升均表现为先变细后变粗;喂料气压的增加会增大纤维直径;提高纺丝环境温度至聚合物的玻璃化转变温度,纤维平均直径明显下降。在最佳纺丝工艺条件下(纺丝电压27 kV,接收距离7 cm,熔体温度255℃,环境温度70℃,依靠聚合物自重喂给)制备的PET超细纤维均直径小于1μm。

生物可降解聚(对苯二甲酸丁二酯/己二酸丁二酯)共聚酯的合成与表征

采用熔融缩聚法,以对苯二甲酸二甲酯(DMT)、1,4-丁二醇(BD)和己二酸(AA)为原料,合成了生物可降解聚(对苯二甲酸丁二酯/己二酸丁二酯)共聚酯(PBAT).采用乌氏粘度计对PBAT的特性黏度进行了测试,通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、X-射线衍射(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)和热失重分析(TGA)对其化学结构、结晶结构和热性能进行了研究.结果表明:在n(DMT+AA)∶n(BD)=1.0∶1.3,n(DMT)∶n(AA)=5∶5,缩聚65 min的条件下,合成了特性黏度最大为0.1011 dL/g的PBAT;FT-IR和1H NMR谱图结果表明:合成的PBAT共聚酯为无规结构;XRD结果表明:合成的不同n(DMT)∶n(AA)的PBAT具有相同的结晶结构,且与PBT均聚物的结晶结构相同;DSC结果表明:结晶温度、结晶度和熔融温度随着BT单元含量的增加而提高,当BT含量达到80%时,出现明显的双重熔融峰;TGA结果表明:随着n(DMT)∶n(AA)增大,PBAT的热失重温度提高.

单轴取向聚对苯二甲酸乙二酯非等温结晶动力学研究

采用等速升温DSC方法对单轴取向聚对苯二甲酸乙二酯 (PET)的结晶过程进行了研究 ,发现单轴取向PET的冷结晶峰表现为多重结晶峰 .等温DSC方法的研究结果进一步证实结晶重峰的存在 .为此 ,本文提出了一种依据非等温DSC曲线解析高聚物结晶动力学参数的新方法 .对单轴取向PET的研究结果表明 ,与其他方法相比较 ,由新方法计算出的理论曲线与实验数据能更好地吻合 .单轴取向PET的总的结晶过程由三个子结晶过程组成 .根据不同拉伸比 ,各个子过程的Avrami指数和质量分数的变化 ,对结晶机理进行了解释 .与各向同性PET样品相比 。

聚对苯二甲酸二甲酯/聚2,5-呋喃二甲酸二甲酯嵌段聚酯的合成与表征

以生物基单体2,5-呋喃二甲酸、乙二醇为原料合成聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)。采用熔融酯交换法以PEF聚酯部分取代聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),制备了系列PET-b-PEF嵌段共聚酯。通过核磁共振仪(NMR)、差示扫描量热仪(DSC)、热失重仪(TGA)、X射线衍射仪(XRD)等技术手段表征了共聚酯的结构和性能。结果表明,该系列共聚酯的玻璃化转变温度(Tg)在75.8~80.3℃之间,且随着PEF链段质量分数的增加,PET-b-PEF嵌段共聚酯的Tg先降低后升高,结晶度和熔融温度逐渐降低。当PEF链段含量高于15%时,共聚酯没有结晶峰。该系列共聚酯具有良好的热稳定性,起始分解温度在392.2~407.9℃之间,与所制备的PET起始分解温度403.3℃接近。且当共聚酯中PEF链段含量低于15%时,起始分解温度均在407℃左右,优于PET的热稳定性。

增容剂对聚对苯二甲酸乙二酯/聚丙烯共混体系结构流变学的影响

采用马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)对聚丙烯/聚对苯二甲酸乙二酯(PP/PET)共混体系进行增容,研究了增容前后复合体系的相形态和流变行为的变化.结果表明,共混体系中当PP组分为分散相时,增容剂能够显著减小PP液滴尺寸,使其形状松弛时间减小,变形与破裂的剪切敏感性降低;当共混体系两组分配比处于临界相反转点周围时,增容剂则会导致其内部部分双连续与“海-岛”结构共存的复杂相形态消失,低频区模量频率依赖性的增加表明体系内部界面结合程度的增加;而当共混体系中的PET组分为分散相时,增容剂的引入对体系结构流变学影响较小,表明增容效果不大.