烷基侧链取代的聚对苯二甲酸丙二醇酯的合成、表征与性能研究

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本文主要研究了基于β-烷基取代丙二醇的对苯二甲酸环状寡聚酯的合成,在二醇引发剂下的本体熔融聚合动力学行为,以及聚合得到聚酯的性能。动力学研究表明该类环状寡聚酯的本体熔融聚合属于原位开环-缩合聚合(PROP)过程;研究了不同烷基侧链的引入对环状单体聚合和聚酯性能的影响。利用PROP合成高分子量聚酯样品,研究结构与性能之间的关系。  本研究主要内容包括:⑴利用优化的“假高稀”技术合成环状寡聚(对苯二甲酸-2-甲基-1,3-丙二醇酯)(COMPTs)、环状寡聚(对苯二甲酸新戊二醇酯)(CONTs)、环状寡聚(对苯二甲酸-2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇酯)(COMPPTs)三种带有不同β-烷基侧链的环状寡聚酯。通过对苯二甲酸二甲酯(DMT)和二元醇的酯交换反应合成对应的双羟基引发剂。利用核磁共振氢谱(1H NMR)和基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)表征其结构,证明环状寡聚酯单体和引发剂的成功合成。⑵以环状寡聚酯为单体,双羟基酯类为引发剂,进行本体熔融聚合,成功合成了三种带有烷基侧链的聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)同系物:聚(对苯二甲酸-2-甲基-1,3-丙二醇酯)(PMPT),聚(对苯二甲酸新戊二醇酯)(PNT),聚(对苯二甲酸-2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇酯),(PMPPT)。通过凝胶渗透色谱(GPC)研究聚合行为,发现聚合历程为:首先发生开环聚合,随即开环与缩聚共存,最后以缩聚为主,即原位开环-缩合聚合(PROP)。随后,利用聚合动力学和Dainton方程,证明PROP反应是放热过程。随着取代基数目的增加,在相同条件下,聚合速率降低。对称引入取代基的样品(CONTs)聚合时热效应最明显。⑶对合成的三种聚酯进行了热重分析(TGA)、差示扫描量热分析(DSC)、动态力学分析(DMA)、拉伸测试、硬度、透水透氧气性能等一系列性能研究。结果表明烷基侧链的引入对聚酯热稳定性几乎没有影响,并使得样品不再具有结晶性能,变为无定形材料,其玻璃化转变温度均高于PTT。取代基的引入对玻璃化转变温度的影响趋势与对储能模量和杨氏模量的变化趋势一致,玻璃化转变温度越高的聚合物,具有越大的储能模量和杨氏模量。上述结果说明侧链的引入增加了聚合物链的刚性,从而提高了其玻璃化转变温度,并且取代基越多,对于聚合物链刚性的提升越强,其中对称取代两个甲基的聚酯(PNT)具有最强的链刚性和最高的玻璃化转变温度。拉伸测试发现,PMPT在室温下能够发生强迫高弹形变。随着取代基数目的增加、长度的增长,薄膜水蒸气阻隔性略有降低。甲基侧链的引入对聚酯薄膜氧气阻隔性能影响较小,但引入较长的烷基显著地降低了薄膜的氧气阻隔性能。此外,烷基取代基对摩擦系数和折光指数的影响较小。
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