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红木颗粒PHA的物理性质

来源:生物质颗粒燃料厂家中腾燃料发布时间:2019-12-13 09:56人气:

PHA是由具有光学活性的HA单体构成的线型高分子,其性能主要由单体结构和组成 决定。P3HB是典型的scl-PHA,作为典型的热塑性材料,P3HB的力学性能与聚丙烯接 近,P3HB化学结构简单,规整,易结晶,结晶度可达60%〜80%,因此P3HB强度、模 量较高,但其质脆,韧性较差,断裂伸长率较低。相对于scl-PHA, mcl-PHA由于含有较长侧链,其结晶性较差,所以材料的强度、模 量较低,但柔韧性较高。部分mcl-PHA熔融温度在40〜60笆之间,40°C左右聚合物将软 化。mcl-PHA的结晶速率慢,结晶时间可长达几天或几十天,这些特点限制了 mcl-PHA作 为热塑性弹性体材料的应用。

 热性能
PHA的热性能受单体种类、单体组成、聚合物分子量等因素影响。表7.2比较了不同 化学结构的PHA的热性能,包括玻璃化转变温度(Tg)、熔点(丁皿)、熔融焙(AHm)和 热分解温度(丁疽。P3HH和聚3-羟基庚酸酯(P3HHp)支链长,结晶速度慢,无明显的 Tm和AHm。P3HV的分解温度与P3HB类似,但是P3HV具有较低的Tg和TmO与 P3HB相比,P4HB的和丁皿均较低,T,50°C ,呈现良好的柔韧性,且具有较高的 热稳定性,Td为308°C。总之,随着侧链长度的增长,PHA的Tg降低。除P3HH之外, 随着侧链碳原子数的增加,PHA的升高。共聚单体的类别和第二种共聚单体的含量对P3HB共聚物的热性能同样有显著影响。 随着第二种共聚单元含量的升高,共聚物的降低,这表明共聚物链段的运动性和共聚物 的组成直接相关。当第二种共聚单体的含量相同时,共聚物主链和侧链结构的不同也会影响 聚合物的热性能。

结晶行为
PHA的结晶行为与单体或共聚单体的类型、含量、结晶条件等因素有很大关联。图 7.6为不同化学结构和共聚组成的P3HB共聚物在降温、升温过程中的差示扫描量热 (DSC)曲线。由图7.6可知:P3HB均聚物具有较快的结晶速度,在降温过程中可完全结 晶,呈现明显的结晶峰,结晶温度在110°C附近,在之后的升温过程中呈现较高的熔点。当 向P3HB中引入3HH共聚单元后,其结晶速度变慢,结晶度(XQ降低。3HH单元含量 为5%〜18% (摩尔分数)的P(3HB-co-3HH)共聚物在降温过程中均不结晶,在之后的升 温过程中出现冷结晶峰。当3HH的含量增大到18% (摩尔分数)时,P(3HB-co-3HH)共 聚物结晶速度极慢,在升温过程几乎不结晶。另外,随着3HH含量的增大,P(3HB-co- 3HH)共聚物的熔点降低,熔融峰面积减小。另外,与相似共聚组成的P(3HB-co-3HH) 相比,P(3HB-co-3HV)具有较低的冷结晶温度、较高的熔点和熔融燃,这表明相比于 3HH单元,3HV单元的引入对P3HB结晶行为的影响较小,这是因为3HV单元较小的体 积所致。另外,P(3HB-co-3HV)中3HB和3HV单元的共结晶也降低了 3HV单元对 P3HB链段结晶行为的影响程度。

力学性能
PHA的力学性能受其单体化学结构、共聚组成和加工条件影响。表7.3比较了几种 PHA、PHA共聚物和传统塑料的力学性能。在P3HB中引入第二种共聚单体后,聚合物的 强度和模量降低,断裂伸长率和冲击强度提高。对于P(3HB-co-4HB)无规共聚物,当 4HB单元的含量由0增加至90%时,其断裂伸长率从5%增加到1000%以上,材料从高强 度、高模量状态转变为弹性体。

 PHA的降解性
PHA的降解包括细胞内降解、酶降解、水降解和热降解等,影响PHA降解速率的因 素较多,包括温度、环境条件、降解酶的类型和浓度、分子量、共聚单体和含量、聚合物的 凝聚态结构等。PHA材料的热稳定性较差,在熔融加工过程中容易热降解,从而影响材料的可加工性 和物理性能。此外,由于微生物分泌的胞外酶作用, PHA在自然条件下可降解为微生物生存所需的 | 碳源和能源,增强其环境适应能力。 从材料自身性质来看,影响PHA降解速率 | 的因素主要有分子结构、凝聚态结构、共聚单体 g 及含量、填料和助剂等。Iwata等比较了共聚单 | 体种类和含量对P3HB共聚物酶降解行为的影陞 响。当第二种共聚单体的摩尔含 量在0〜20%时,降解速率随共聚单体含量的增 加而增加,这主要是因为共聚单体的引入降低了 聚合物的结晶度,使其降解速度增加。随着共聚 单体含量的进一步增大,共聚物的降解速率减 小,这是因为降解酶对3HB结构单元的选择性所导致。此外,分子量和熔点也会影响聚酯 的降解行为,低分子量有利于聚合物的降解,熔点越高,降解性越差。

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