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主链含硅的芳香嵌段共聚酯的制备

更新时间:2009-03-28

聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)是一种重要的芳香族聚酯,具有优异的性能和应用前景[1-2];但PTT含苯环的分子链的刚性较强,熔体黏度低,加工窗口温度窄,易燃,因此,需从不同角度对PTT进行改性。目前,改性PTT的方法主要有共混法[3-4]和共聚合法[5-9]。通过共聚合,在PTT分子链中引入其他结构或功能性组分,可以改变PTT的力学性能、结晶性能、热性能以及一些功能性。如在PTT分子链中引入一些柔性嵌段,可制备热塑性聚酯弹性体[5-7],若引入含磷嵌段,可提高聚合物的热稳定性,并改变燃烧性能[8]。硅氧烷是一类常用的改性聚合物的单体,可以赋予聚合物橡胶弹性、拓宽使用温度范围等特殊性能[9-12]。为提高分子链的柔顺性,并且提高材料的耐热和阻燃性能,本工作将四亚甲基醚二醇和二羟甲基硅油引入到PTT分子链,通过酯交换和熔融缩聚制备了硅含量不同的嵌段共聚物,为改性PTT进行实验探索。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

对苯二甲酸二甲酯(DMT),国药集团化学试剂有限公司生产;1,3-丙二醇(PDO),四氯乙烷:均为分析纯,天津光复精细化工研究所生产;聚四亚甲基醚二醇(PTMEG),PTMEG-1000,白色蜡状固体,美国杜邦公司生产;端羟基硅油,无色半透明液体,羟基质量分数≥8.0%,无锡市全立化工有限公司生产;钛酸四丁酯(TBT),苯酚,二甲基硅油:均为分析纯,天津科密欧化学试剂有限公司生产。

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不可否认未来是科技的世界,于是很多公司关注科技,强调它们的产品对人类很有用处,甚至可以改变人类;但有时却忽略了人类的需求,可能不只科技。

1.2 对苯二甲酸双羟丙酯(BHPT)的制备

将PDO和DMT按n(PDO)∶n(DMT)=2.2∶1.0加入到反应釜中,在氮气保护下,逐渐升高温度,待反应混合物全部熔融后加入催化剂TBT(用量为DMT质量的0.15%),逐渐升高温度,在160~165℃以及常压条件下进行酯交换1.0 h,脱除副产物甲醇,得到BHPT及其低聚物。

1.3 对苯二甲酸混二酯(PTT-PTMEG)的制备

将PTMEG(用量为DMT质量的30.00%)和催化剂TBT(用量为DMT质量的0.10%)加入到上述反应体系中,逐渐升高温度,于220 ℃常压酯交换0.5 h,得到白色固体,即PTT-PTMEG。

1.4 主链含硅的PTT-PTMEG共聚物(PTTPTMEG-SI)的制备

分别称取0.5,0.7,1.0 g端羟基硅油与20.0 g的PTT-PTMEG加入到真空缩聚反应釜中,加入催化剂TBT,通入氮气保护并逐渐升温至220℃,常压反应0.5 h左右,待馏出量很少时,转入预缩聚阶段。然后加入催化剂Sb2O3(1 g DMT需加入500 µg催化剂),升温至230 ℃,逐步将真空度提高,在0.09 MPa,235 ℃的条件下进行预缩聚,当馏出速度很慢时,转入缩聚阶段。逐渐升温至265 ℃,并继续提高真空度至0.1 MPa,一段时间后,当没有小分子脱除,并且反应物黏度很大时停止反应。反应结束后在氮气气氛中出料,冷却至室温,在真空干燥器中保存。聚合反应式见图1。

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图1 PTT-PTMEG-SI的制备示意Fig.1 Synthesis of PTT-PTMEG-SI

 

注: n=13.6,m=3.5;x,y,z为各嵌段的聚合度。

1.5 测试与表征

从图6可以看出:PTT-PTMEG的降解过程中,在炭层没有及时形成时,内部气体容易扩散出来,所以燃烧后其表面仅有少量泡孔形成,表面比较光滑、平整;PTT-PTMEG-SI燃烧后,表面形成了炭层结构,在靠近燃烧表面的断面处形成了很多泡孔结构。含硅阻燃剂在燃烧时会生成不燃的二氧化硅而使聚合物自熄,并且含硅共聚酯在燃烧受热时分解产生二氧化碳和水蒸气,因此,在高温扩散的过程中冲破炭层而形成了较多的泡孔结构。

极限氧指数按GB/T 2406.1—2008测试;垂直燃烧等级按GB/T 2408—2008测试;拉伸性能按GB/T 1040.2—2006测试,拉伸速度为50 mm/min;弯曲性能按GB/T 9341—2008测试,实验速度10 mm/min。简支梁缺口冲击强度按GB/T 1043.1—2008测试;利用全自动黏度计测定产物的特性黏数([η]):将试样溶于苯酚与四氯乙烷质量比为1∶1的混合溶剂中,溶液质量浓度0.5 g/dL,在(25.0±0.1) ℃的条件下用乌氏黏度计测定;试样的[η]和重均分子量(Mw)按式(1)计算。

从图5和表2可以看出:所有试样都出现明显的熔融峰,熔融峰不对称,随着硅含量的增加,熔融温度(tm)向低温偏移。这是由于高分子链的结构规整性对tm产生的影响;随着含硅嵌段的增加,结构规整性降低,分子链柔顺性增加,tm下降,熔融热焓降低,尤其是试样4下降较多。4个试样在熔融峰出现之前都出现了明显的重结晶峰,试样4的重结晶温度(trc)最低,这种现象可能是不完善的晶体在升温过程中熔融再结晶形成更完善的晶体导致的。

 

2 结果与讨论

2.1 化学结构分析

从图2可以看出:1 716 cm-1处为C=O的伸缩振动峰;2 942 cm-1处互相交叠的两个谱带分别对应于亚甲基的不对称伸缩振动峰和对称伸缩振动峰;726 cm-1处为PTMEG中亚甲基的面内摇摆振动峰;1 400~1 503 cm-1为苯环上C=C的伸缩振动峰;1 266 cm-1处为端羟基硅油中Si—CH3中—CH3的变形振动峰和芳香醚C—O—C不对称伸缩振动叠加峰;1 104 cm-1处为C—O的对称伸缩振动峰和Si—O—Si的伸缩振动叠加峰。与PTTPTMEG相比,PTT-PTMEG-SI在801 cm-1处出现一个吸收峰,为Si—C的伸缩振动峰,3 400 cm-1处的—OH峰归属于分子链末端羟基的吸收振动峰。以上现象说明,羟基硅油可以通过共聚合引入到共聚酯分子链中。

  

图2 PTT-PTMEG和PTT-PTMEG-SI的FTIRFig.2 FTIR spectra of PTT-PTMEG and PTT-PTMEG-SI

1H-NMR (600 MHz),化学位移(δ)为8.31(单峰),4.74(三重峰),4.55(三重峰),3.74(三重峰),2.50(多重峰),1.74(多重峰),0.51(单峰),各峰的归属已标示在分子结构中(见图3)。

  

图3 PTT-PTMEG-SI和PTT-PTMEG的1H-NMRFig.3 1H-NMR spectra of PTT-PTMEG-SI and PTT-PTMEG

 

注: w(Si)为7%。

从图3可以看出:PTT-PTMEG-SI与PTTPTMEG的1H-NMR共同拥有6种质子氢。其中,δ在2.50处的五重峰对应于主链PTT中不与酯基相邻的亚甲基上的质子a的共振吸收峰;δ在4.74处的三重峰对应的是主链PTT上与酯基相邻的亚甲基上质子b的共振吸收峰;δ在8.31处的单峰对应苯环上氢原子(c+c′+c″)(“+”表示3种氢原子叠加)的共振吸收峰;δ在3.74和1.74处的多重峰分别对应于软段PTMEG重复单元中远离酯基的亚甲基上质子e和f的共振吸收峰,由于受到两端酯基的影响,PTMEG两端的两个亚甲基上质子h的δ向低场移动,即δ在4.55处;δ在11.5处的单峰对应于溶剂氘代三氟乙酸。与PTT-PTMEG相比,PTTPTMEG-SI的δ在0.51处出现一个吸收峰,对应共聚酯分子链上与硅相连的甲基的吸收峰。随着硅醇加入量的增加,共聚物分子中含硅嵌段的量也有一定程度的增加。结合FTIR分析结果,说明合成的共聚酯中含有硅油结构,并且与预期的结构相吻合。

从表1可以看出:随着端羟基硅油用量的增加,PTT-PTMEG-SI的[η]逐渐下降,Mw逐渐降低,尤其是硅油质量分数达10%时,其[η]和Mw显著降低。可以推测,由于端羟基硅油为低聚物分子,其分子链中含有的甲基具有空间位阻效应,使其反应活性不及小分子醇,所以加入硅油后使共聚酯的Mw下降。

 

表1 PTT-PTMEG-SI的[η]和MwTab.1 Intrinsic viscosity and molecular weight of PTT-PTMEG-SI

  

试 样 w(Si),% [η]/(dL·g-1) Mw x∶y∶z 1 0 0.71 41 600 100.0∶11.9∶0 2 5 0.48 27 600 100.0∶11.6∶1.5 3 7 0.45 25 900 100.0∶11.7∶2.8 4 10 0.24 13 700 100.0∶11.5∶3.7

2.2 热稳定性

从图4可以看出:所有试样均有两个质量损失台阶,硅油质量分数为5%~7%的共聚酯质量损失5%的温度与PTT-PTMEG的基本相近,而最大质量损失速率所对应的温度提高了近30 ℃,且550 ℃时的残炭量明显增大。这说明在分子链中引入适量硅后,共聚物的耐热性有了明显的提高,尤其是在450 ℃以后,含硅链段降低了共聚酯的裂解速率,并增加了残炭量,提高了共聚酯的成炭性能。这是因为硅嵌段的Si—O解离能比C—C,C—O高得多,同时Si—CH3会形成Si—CH2·游离基而相互交联,进而提高其热稳定性。从图4还可以看出:硅油质量分数为10%的共聚酯(试样4)的初始分解温度降低较多,可能是因为其Mw较低引起的,Mw小的共聚酯具有更多的低分子或小分子物质,从而具有更多的末端基团,使其热稳定性降低。

  

图4 不同含硅量PTT-PTMEG的TG曲线Fig.4 TG curves of PTT-PTMEG in different silicon contents

2.3 熔融和结晶性能分析

就目前来看,村级土地的利用规划工作仍然具有相当大的发展空间,新新农村的土地利用规划也拥有最好的发展机遇。总体来看,新农村的土地利用规划工作整体发展趋势良好,统筹协调,稳步迈进。而在新农村的土地利用规划当中重视空间布局的优化,逐步完善村级土地利用规划的实践,在实践、分析以及总结当中,获取成熟的理论体系,更能为我国的新农村建设取得更为显著的成果。

  

图5 试样的熔融曲线和结晶曲线Fig.5 DSC melting curves and DSC crystallization curves of samples

 

表2 不同试样的DSC的熔融和结晶参数Tab.2 DSC melting and crystallization parameters of various samples

  

试 样 tm /℃ ΔHm/(J·g-1) tc /℃ ΔHc /(J·g-1)1 223.8 49.0 186.7 -5.9 166.7 -39.9 2 219.1 44.5 185.5 -7.6 174.9 -41.1 3 220.7 46.9 188.8 -7.8 180.0 -42.8 4 214.7 36.4 181.9 -4.6 175.9 -32.6(J·g-1trc /℃ ΔHrc /

  

图6 PTT-PTMEG和 PTT-PTMEG-SI燃烧表面的扫描电子显微镜照片(×50)Fig.6 SEM photos of combusted surface of PTT-PTMEG and PTT-PTMEG-SI

a)采用酯交换及熔融缩聚的方法制备了硅含量不同的嵌段共聚酯,含适量硅嵌段的共聚酯具有较高的Mw和热稳定性、更高的裂解温度和较高的残炭量。

2.4 燃烧及力学性能分析

傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试:波数为500~4 000 cm-1,KBr压片,扫描32次。核磁共振氢谱(1H-NMR)测试:溶剂为氘代三氟乙酸。差示扫描量热法(DSC)分析:氮气气氛,流量50 mL/min,以100 ℃/min的速率由30 ℃升温至250 ℃,恒温5.0 min,再以100 ℃/min的速率降温至-65 ℃,恒温5.0 min,然后以10 ℃/min的速率由-65 ℃升温至250 ℃,恒温5.0 min,再以10 ℃/min的速率降温至30 ℃,记录升温和降温曲线。热重(TG)分析:在氮气保护下,氮气流量为20 mL/min,以10℃/min的速率从30 ℃升温至700 ℃,记录试样的质量损失情况。

共聚物的极限氧指数随硅油用量增加而升高,垂直燃烧性能也提高到V-1级,说明引入硅嵌段可以一定程度地提高共聚酯的极限氧指数和燃烧性能,但还不能达到难燃程度。从表3可以看出:随着共聚酯中硅嵌段含量的增加,拉伸强度逐渐降低,但冲击强度提高,当w(Si)为7%时,达到最大,说明柔性硅嵌段能够更多地吸收冲击能;w(Si)为10%时,冲击强度又有所降低,应与Mw下降较大有关。

 

表3 不同材料的阻燃性能和力学性能Tab.3 Flame retardancy and mechanical properties of different materials

  

试 样 燃烧等级/级 极限氧指数,%冲击强度/(kJ·m-2)1—17.5 21.3 1.7拉伸强度/MPa 2 V-2 19.4 19.4 2.3 3 V-1 22.1 17.6 4.3 4 V-1 23.6 14.2 3.1

3 结论

从图5和表2还看出:试样在降温过程中都出现明显的结晶峰,随硅嵌段含量的增加,tc升高,试样4的tc稍有下降,但仍高于试样2和试样3。由于硅嵌段降低了共聚酯分子链的规整度,增加了分子链柔顺性,影响共聚酯的结晶行为,促进了可结晶嵌段在更高温度结晶,因而tc升高,ΔHc增大;但试样4在分子链柔顺性增大的同时,分子链规整性和Mw下降较多,使起始tc稍有下降,但没有完全破坏共聚酯的结晶能力。

b)共聚酯具有较高的tm和tc,适量的硅嵌段有利于提高材料的冲击强度。

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4 参考文献

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面对电算化的信息时代,不断更新的法规制度,乡镇财务人员素质有待提高。乡镇站所财务人员的能力素质普遍不高,缺乏培训教育,部分乡镇的财会人员岗位变换频繁,没有一定的财会专业知识,会计科目使用不当,资金分类不清,专项资金监管不力,凭证审核不严,账表不符、档案管理不规范等会计基础工作不规范的现象屡见不鲜。

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c)共聚物燃烧时形成泡孔结构炭层,阻燃性能得到一定程度的提高。

溶菌酶(LSZ)可以分解连接N-乙酰胞壁酸(NAM)和N-乙酰氨基葡萄糖(NAG)残基之间的β-1,4糖苷键,破坏肽聚糖支架,导致细菌细胞壁破裂、内含物逸出而使细菌溶解死亡,是许多生物先天性免疫系统的重要组成成分。LSZ广泛存在植物、无脊椎动物和高等动物,依赖于物种表现出了严格且特异的时空表达模式[15]。在鱼类中,溶菌酶广泛存在于脾脏、肾脏、头肾、皮肤、心脏、肠和血液中[16]。而关于菲牛蛭溶菌酶存在鲜有报道,本试验在菲牛蛭肠道及嗉囊组织中均检测到溶菌酶活力。

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杨杨,刘硕,王天佑,闰明涛
《合成树脂及塑料》 2018年第02期
《合成树脂及塑料》2018年第02期文献

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