生物降解性聚酯聚丁二酸丁二醇酯pbs和聚对苯二甲酸共丁二酸丁二醇酯pbst的性能研究和纤维制备

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1、生物降解性聚酯聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和聚对苯二甲酸一共一丁二酸丁二醇酯(PBST)的性能研究和纤维制备摘要随着环境污染问题的日益严重，生物可降解高分子材料越来越引起人们的重视。聚酯聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是生物可降解脂肪族聚酯中的研究热点之一，它具有良好的生物可降解性能和可控生物降解速度，可广泛应用于塑料和薄膜。但由于普通应用的PBS聚酯分子量较低，熔点较低，机械物理性能差，在纤维领域的应用受到了制约。聚对苯二甲酸．共．丁二酸丁二醇酯(PBST)是通过对PBS共聚改性而得到的一种新型生物可降解高分子聚酯。通过与芳香族聚酯成分一对苯二甲酸二甲酯共聚而得到的PBST改善了PBS的热

2、学性能及加工性能，是一种既具有脂肪族聚酯生物降解性能又具备芳香族聚酯物理加工性能的聚合物。因此，探究分子量较高的PBS聚酯和共聚改性PBST共聚酯的性能及可纺性，对拓展其在生物可降解纤维领域的应用具有重要意义。本文针对分子量较高的PBS聚酯进行了基本性能表征，在热性能、结晶性能、流变行为等基础上，又对其可纺性能进行了探索性研究，并提出了可行的纺丝工艺条件；对PBST共聚酯的基本性能进行表征，并研究其热性能、结晶性能、流变行为以及可纺性能；优化PBST共聚酯纺丝性能的工艺条件，在实验室成功制备了具有一定力学性能并满足后加工要求的PBST纤维。首先，对PBS和PBST聚酯的基本性能进行了

3、表征，包括大分子序列结构、热学性能和粘度及参数。核磁共振(1HHMR)测试结果表明：PBS分子链段中的丁二酸和丁二醇组成相同。PBST共聚酯中BS、BT链段组分摩尔百分比(BS／BT)约为30：70，且PBST为无规共聚物。DSC和TGA的热性能结果：PBS聚酯和PBST共聚酯的熔点分别在1l6℃和181℃左右，结晶温度为：66℃和131℃左右，通过热焓计算结晶度为58％和23．6％左右；热降解起始温度都在380℃左右。根据MHS方程，通过粘度和分子量推算出PBS和PBST的参数K和Q值。其次，通过广角X射线衍射(WAXD)、差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)和解偏振，对

4、PBS聚酯和PBST共聚酯的结晶性能进行了研究。广角X射线衍射测试结果表明，PBS晶体结构为单斜晶系，PBST的晶体结构受BT结构单元的影响为三斜晶系。通过非等温结晶动力学研究和偏光显微镜(POM)照片可知，PBS聚酯和PBST共聚酯的晶体均为球晶，晶核成核机理为均相和异相成核都存在，且生长方式也存在二维及三维两种不同的方式。此外，解偏振的结果表明：PBS聚酯的半结晶时间在65℃左右达到最小，即总结晶速率最快。PBST共聚酯的半结晶时间在90℃左右达到最小，此时总结晶速率最快。为了研究PBS聚酯和PBST共聚酯的可纺性，对PBS聚酯和不同分子量的PBST共聚酯进行流变性能测试。测试结

5、果表明，PBS聚酯和PBST共聚酯的表观粘度都随剪切速率的增加而降低，是典型的切力变稀型非牛顿流体。PBS和PBST熔体的流动活化能随剪切速率的上升而降低，故其温度敏感性也随着剪切速率的上升而下降。当剪切速率相同时，PBS和PBST熔体的非牛顿指数n随着温度的提高而增大，熔体的非牛顿性减弱；当温度不变时，随着剪切速率的增大，熔体的n单调减小，非牛顿性增强。随着温度的提高，PBST熔体的结构粘度指数卸减小，但热降解增加。在相同的剪切速率下，分子量越大，PBST熔体的剪切应力o，表观粘度T1a和△11增大，n减小。PBS聚酯和PBST共聚酯可纺性能的研究结果表明：PBS聚酯的可纺性较差，

6、纤维较脆，牵伸困难。这可能与分子量大小及纺丝前切片干燥后含水率有关。PBST共聚酯的可纺性较好，纺丝速度范围可从400m／min达到1000m／min，牵伸倍数可为2倍，其强度最高可达3．47847cN／dtex，能够满足纺织后加工。此外，回弹性能和沸水收缩率结果表明：PBS纤维和PBST纤维皆有较好的回弹性能，PBST纤维的沸水收缩率约为25％'-'-'30％。最后，利用活性污泥培养液进行降解实验，对PBS纤维和PBST纤维进行了降解性能的研究，研究结果表明：PBS纤维比PBST纤维的失重率要大，表明PBS纤维的降解速率较大。通过扫描电镜(SEM)可清楚看出，降解后的PBS纤维和P

7、BST纤维表面受微生物和水分子侵蚀作用而较降解前粗糙。DSC测试结果表明，PBS纤维和PBST纤维的熔点和热焓随降解时间的延续均呈上升趋势，反映出聚合物的降解优先发生在无定形区或聚合物大分子链发生重结晶。该结果与广角X射线衍射(W似D)法的结果相一致。此外，单丝力学性能结果也反映了降解后的PBS纤维和PBST纤维的单丝强度随着降解时间的增加而降低，表明了纤维随着时间的增加降解程度在增大。关键词：聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，聚对苯二甲酸．共．丁二酸丁二醇酯(