CN101314637A - 聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯和制备方法 - Google Patents

聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯和制备方法 Download PDF

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殷明
张栋
管国虎
张新志
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本发明属于聚对苯二甲酸丙二醇酯及其共聚酯领域,特别涉及聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚物和制备方法。本发明是利用廉价的1,2-丙二醇等来制备价格低廉的聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯,在聚合方法上通过选用高效催化剂,很好的解决了1,2-丙二醇反应活性低,难以聚合制备出高分子量聚合物的难题,成功制备出高分子量的聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯。聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯性能优异,可以广泛应用于纺织品、地毯纤维、薄膜、工程塑料及包装材料等方面。

Description

聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯和制备方法
技术领域
本发明属于聚对苯二甲酸丙二醇酯及其共聚酯领域,特别涉及聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚物和制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯(PTT)是20世纪90年代中期开发成功的一种极具发展前途的新型热塑性聚酯。它具有优良的弹性、尺寸稳定性、染色性及抗污等性能。与同系列的聚酯相比较,PTT由于其独特的螺旋状结构而具有优异的性能,与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的强度、硬度相似,但又同聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)一样易于加工。因而已成为当前国际上最热门的高分子新材料之一,广泛应用于纺织品、地毯纤维、薄膜、工程塑料及包装材料等方面。但是由于目前合成PTT的原料1,3-丙二醇(PDO)的生产成本高,所以影响到PTT的大规模推广、使用。
由于生物柴油的发展,大量的甘油副产物的利用是迫切需要解决的问题,通过选择性加氢技术,可获得低成本的1,2-丙二醇。1,2-丙二醇与1,3-丙二醇具有相似的结构,但其两个羟基之一为仲羟基,反应活性较低,很难与二元酸聚合得到高分子量的聚合物。
发明内容
本发明的目的是提供一种价格低廉的聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯,该类材料具有价格低廉、机械性能优异、并且不易结晶,透明性好等优点。
本发明的再一目的是提供聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯的制备方法。
本发明的聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯具有以下结构:
其中:
R1为:
Figure A20071009989000062
n1=2~20;
R2为:
n2=2~18;
n=20~1000;m=0~2000。
本发明聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯可采用直接酯化法或酯交换这两种合成方法。
A.直接酯化法:
以二元酸单体重量为基准,将二元酸单体与二元醇单体加入到惰性气体(如氮气、氦气或氩气)保护的反应器中,其中二元酸单体与二元醇单体的摩尔比为1∶1~3,在无酯化催化剂或在酯化催化剂存在下于120~260℃进行常压或加压(优选为0.05~0.5MPa)酯化反应,加入0~2重量份的添加剂,然后在温度为240~280℃,且在缩聚催化剂存在下减压至5~200Pa进行缩聚,得到聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯。
所述的二元酸单体选自对苯二甲酸(PTA),对苯二甲酸(PTA)与间苯二甲酸、间苯二甲酸-5-磺酸钠或脂肪族二元酸的混合酸等中的一种。
所述的脂肪族二元酸是丁二酸、己二酸或癸二酸等。
所述的二元醇单体选自1,2-丙二醇,1,2-丙二醇与乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇或环己烷二甲醇混合醇等中的一种。
所述的酯化催化剂的用量为二元酸单体重量的0~5%,优选为二元酸单体重量的0~1%。
所述的缩聚催化剂的用量为二元酸单体重量的0.01~5%,优选为二元酸单体重量的0.01~1%。
所述的酯化催化剂可以为醋酸盐、钛化合物或它们的任意混合物等。
所述的缩聚催化剂可以为钛化合物、锡化合物、锑化合物或它们的任意混合物等。
所述的醋酸盐为醋酸锌、醋酸镁、醋酸锰、醋酸钴、醋酸钙或它们的任意混合物等。
所述的钛化合物为二氧化钛、二氧化硅-二氧化钛、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸四异辛酯、四硬酯酰基钛、草酸钛钾或它们的任意混合物等。
所述的锡化合物为丁基锡酸(BSA)、单丁基氧化锡、辛酸亚锡、二丁基-二异辛基锡或它们的任意混合物等。
所述的锑化合物为醋酸锑、三氧化二锑、乙二醇锑或它们的任意混合物等。
所述的添加剂可以为稳定剂、润滑剂、成核剂、着色剂或它们的任意混合物等。添加剂主要用于改善聚酯的热稳定性、可加工性和色泽等方面的性能。
所述的稳定剂是磷酸盐、亚磷酸盐或它们的任意混合物等。
所述的润滑剂是硬脂酸、硬脂酸盐、石蜡、硬脂酸酰胺或它们的任意混合物等。
所述的成核剂是有机羧酸盐、氧化铝、云母、滑石粉或它们的任意混合物等。
所述的着色剂是钛白粉、碳黑、有机染料或它们的任意混合物。
B.酯交换法:
以二甲酯单体重量为基准,将二甲酯单体与二元醇单体加入到惰性气体(如氮气、氦气或氩气)保护的反应器中,其中二甲酯单体与二元醇单体的摩尔比为1∶1~3,在酯交换催化剂存在下于120~240℃下进行常压酯交换反应,加入0~2重量份的添加剂,然后在温度为240~280℃,且在缩聚催化剂存在下减压至5~200Pa进行缩聚,得到聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯。
所述的二甲酯单体选自对苯二甲酸二甲酯(DMT),对苯二甲酸二甲酯与间苯二甲酸二甲酯、间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或脂肪族二元酸二甲酯的混合酯等中的一种。
所述的脂肪族二元酸二甲酯是丁二酸二甲酯、己二酸二甲酯或葵二酸二甲酯等。
所述的二元醇单体选自1,2-丙二醇,1,2-丙二醇与乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇或环己烷二甲醇混合醇等中的一种。
所述的酯交换催化剂的用量为二甲酯单体重量的0.01~5%,优选为二甲酯单体重量的0.01~1%。
所述的缩聚催化剂的用量为二甲酯单体重量的0.01~5%,优选为二甲酯单体重量的0.01~1%。
所述的酯交换催化剂可以为醋酸盐、钛化合物或它们的任意混合物等。
所述的缩聚催化剂可以为钛化合物、锡化合物、锑化合物或它们的任意混合物等。
所述的醋酸盐为醋酸锌、醋酸镁、醋酸锰、醋酸钴、醋酸钙或它们的任意混合物等。
所述的钛化合物为二氧化钛、二氧化硅-二氧化钛、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸四异辛酯、四硬酯酰基钛、草酸钛钾或它们的任意混合物等。
所述的锡化合物为丁基锡酸(BSA)、单丁基氧化锡、辛酸亚锡、二丁基-二异辛基锡或它们的任意混合物等。
所述的锑化合物为醋酸锑、三氧化二锑、乙二醇锑或它们的任意混合物等。
所述的添加剂可以为稳定剂、润滑剂、成核剂、着色剂或它们的任意混合物等。添加剂主要用于改善聚酯的热稳定性、可加工性和色泽等方面的性能。
所述的稳定剂是磷酸盐、亚磷酸盐或它们的任意混合物等。
所述的润滑剂是硬脂酸、硬脂酸盐、石蜡、硬脂酸酰胺或它们的任意混合物等。
所述的成核剂是有机羧酸盐、氧化铝、云母、滑石粉或它们的任意混合物等。
所述的着色剂是钛白粉、碳黑、有机染料或它们的任意混合物。
本发明的特点是利用廉价的1,2-丙二醇等来制备价格低廉的新型聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯,在聚合方法上通过选用高效催化剂,很好的解决了1,2-丙二醇反应活性低,难以聚合制备出高分子量聚合物的难题,成功制备出高分子量的聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯。聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯性能优异,可以广泛应用于纺织品、地毯纤维、薄膜、工程塑料及包装材料等方面。
附图说明
图1.本发明实施例1的聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯的1H-NMR谱图。
图2.本发明实施例5的聚对苯二甲酸1,2-丙二醇共聚酯的1H-NMR谱图。
具体实施方式
实施例1.直接酯化法
将166g对苯二甲酸、106.4g 1,2-丙二醇及钛酸四丁酯0.2g加入到通有氮气保护的反应容器中,升温至250~260℃,常压进行酯化反应。酯化反应结束后加入0.08g三氧化二锑和0.2g磷酸三甲酯,在270℃、压力为50~80Pa的条件下缩聚4小时,即得聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯。经GPC测量该样品的重均分子量为45100,分子量分布指数为2.23。图1为该样品的1H-NMR谱图,该图中并未出现1,2-丙二醇的羟基氢和对苯二甲酸的羧基氢的核磁共振峰,证明所测试的样品为它们的聚合物。
实施例2.直接酯化法
将162.7g对苯二甲酸、3.3g间苯二甲酸、114g 1,2-丙二醇及醋酸锌0.06g和钛酸丁酯0.1g加入到通有氮气保护的反应容器中,升温至250~260℃,加压0.1~0.3MPa,进行酯化反应。酯化反应结束后加入0.1g丁基锡酸,在265℃、压力为30~50Pa的条件下缩聚3小时,即得聚对苯二甲酸1,2-丙二醇共聚酯。经GPC测量该样品的重均分子量为39600,分子量分布指数为2.31。
实施例3.直接酯化法
将166.0g对苯二甲酸、76g 1,2-丙二醇、55.0g环己烷二甲醇加入到通有氦气保护的反应容器中,升温至250~260℃,加压0.1~0.3MPa,进行酯化反应。酯化反应结束后加入0.15g醋酸锑和0.1g钛酸四丁酯,在260℃、压力为80~100Pa的条件下缩聚3.5小时,即得聚对苯二甲酸1,2-丙二醇共聚酯,特性粘数为。经GPC测量该样品的重均分子量为43200,分子量分布指数为2.15。
实施例4.直接酯化法
将162.7g对苯二甲酸、5.5g间苯二甲酸磺酸钠、114g 1,2-丙二醇及二氧化钛0.1g加入到通有氮气保护的反应容器中,升温至250~260℃,加压0.1~0.3MPa,进行酯化反应。酯化反应结束后加入0.15g辛酸亚锡、0.12g磷酸三苯酯和0.20g氧化铝,在266℃、压力为40~60Pa的条件下缩聚3.5小时,即得聚对苯二甲酸1,2-丙二醇共聚酯。经GPC测量该样品的重均分子量为41700,分子量分布指数为2.30。
实施例5.酯交换法
将194g对苯二甲酸二甲酯、95.2g 1,2-丙二醇、72.0g乙二醇及醋酸锰0.1g加入到通有氮气保护的反应容器中,升温至180~220℃常压下进行酯交换反应。酯交换反应结束后加入0.15g二氧化硅-二氧化钛(摩尔比为9∶1),在260℃、压力为50~70Pa的条件下缩聚4小时,即得聚对苯二甲酸1,2-丙二醇共聚酯。经GPC测量该样品的重均分子量为38100,分子量分布指数为2.27。图2为该样品的1H-NMR谱图,该图中并未出现羟基氢和酯甲基氢的核磁共振峰,证明所测试的样品为它们的聚合物。
实施例6.酯交换法
将194g对苯二甲酸二甲酯、83.6g 1,2-丙二醇、83.6g 1,3-丙二醇及钛酸四异丙酯0.15g加入到通有氮气保护的反应容器中,升温至180~220℃常压下进行酯交换反应。酯交换反应结束后加入0.2g三氧化二锑,在260℃、压力为30~50Pa的条件下缩聚3.5小时,即得聚对苯二甲酸1,2-丙二醇共聚酯。经GPC测量该样品的重均分子量为38900,分子量分布指数为2.19。
实施例7.酯交换法
将174.6g对苯二甲酸二甲酯、14.6g丁二酸、167.2g 1,2-丙二醇及二丁基氧化锡0.2g加入到通有氮气保护的反应容器中,升温至180~220℃常压下进行酯交换反应。酯交换反应结束后加入0.15g钛酸四丁酯,在260℃、压力为40~60Pa的条件下缩聚4小时,即得聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯。经GPC测量该样品的重均分子量为52300,分子量分布指数为2.08。
实施例8.酯交换法
将174.6g对苯二甲酸二甲酯、19.0g癸二酸、167.2g 1,2-丙二醇及醋酸锌0.1g加入到通有氩气保护的反应容器中,升温至180~220℃常压下进行酯交换反应。酯交换反应结束后加入0.15g草酸钛钾、0.15g亚磷酸三甲酯、0.15g硬脂酸钠以及0.25g碳黑,在260℃、压力为80~100Pa的条件下缩聚4小时,即得聚对苯二甲酸1,2-丙二醇共聚酯。经GPC测量该样品的重均分子量为55400,分子量分布指数为2.37。

Claims (10)

1.一种聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯,其特征是,所述的聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯具有以下结构:
Figure A2007100998900002C1
其中:
R1为:
Figure A2007100998900002C2
n1=2~20;
R2为:
Figure A2007100998900002C3
n2=2~18;
n=20~1000;m=0~2000。
2.一种根据权利要求1所述的聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯的制备方法,该方法包括直接酯化法或酯交换合成方法;其特征是,采用直接酯化法制备聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯:
以二元酸单体重量为基准,将二元酸单体与二元醇单体加入到惰性气体保护的反应器中,其中二元酸单体与二元醇单体的摩尔比为1∶1~3,在无酯化催化剂或在酯化催化剂存在下于120~260℃下进行常压或加压酯化反应,加入0~2重量份的添加剂,然后在温度为240~280℃,且在缩聚催化剂存在下减压至5~200Pa进行缩聚,得到聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯;或
采用酯交换法制备聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯:
以二甲酯单体重量为基准,将二甲酯单体与二元醇单体加入到惰性气体保护的反应器中,其中二甲酯单体与二元醇单体的摩尔比为1∶1~3,在酯交换催化剂存在下于120~240℃下进行常压酯交换反应,加入0~2重量份的添加剂,然后在温度为240~280℃,且在缩聚催化剂存在下减压至5~200Pa进行缩聚,得到聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征是:所述的二元醇单体选自1,2-丙二醇,1,2-丙二醇与乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇或环己烷二甲醇混合醇中的一种。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征是:所述的采用直接酯化法制备聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯时的酯化催化剂的用量为二元酸单体重量的0~5%,所述的缩聚催化剂的用量为二元酸单体重量的0.01~5%;所述的采用酯交换法制备聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯时的酯交换催化剂的用量为二甲酯单体重量的0.01~5%,所述的缩聚催化剂的用量为二甲酯单体重量的0.01~5%。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征是:所述的采用直接酯化法制备聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯时的酯化催化剂的用量为二元酸单体重量的0~1%,所述的缩聚催化剂的用量为二元酸单体重量的0.01~1%;所述的采用酯交换法制备聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯时的酯交换催化剂的用量为二甲酯单体重量的0.01~1%,所述的缩聚催化剂的用量为二甲酯单体重量的0.01~1%。
6.根据权利要求2、4或5所述的方法,其特征是:
所述的采用直接酯化法制备聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯时的二元酸单体选自对苯二甲酸,对苯二甲酸与间苯二甲酸、间苯二甲酸-5-磺酸钠或脂肪族二元酸的混合酸中的一种;
所述的采用酯交换法制备聚对苯二甲酸1,2-丙二醇酯及其共聚酯时的二甲酯单体选自对苯二甲酸二甲酯,对苯二甲酸二甲酯与间苯二甲酸二甲酯、间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或脂肪族二元酸二甲酯的混合酯中的一种。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征是:所述的脂肪族二元酸是丁二酸、己二酸或葵二酸;所述的脂肪族二元酸二甲酯是丁二酸二甲酯、己二酸二甲酯或葵二酸二甲酯。
8.根据权利要求2、4或5所述的方法,其特征是:所述的酯化催化剂为醋酸盐、钛化合物或它们的任意混合物;
所述的酯交换催化剂为醋酸盐、钛化合物或它们的任意混合物;
所述的缩聚催化剂为钛化合物、锡化合物、锑化合物或它们的任意混合物。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征是:所述的醋酸盐为醋酸锌、醋酸镁、醋酸锰、醋酸钴、醋酸钙或它们的任意混合物;
所述的钛化合物为二氧化钛、二氧化硅-二氧化钛、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸四异辛酯、四硬酯酰基钛、草酸钛钾或它们的任意混合物;
所述的锡化合物为丁基锡酸、单丁基氧化锡、辛酸亚锡、二丁基-二异辛基锡或它们的任意混合物;
所述的锑化合物为醋酸锑、三氧化二锑、乙二醇锑或它们的任意混合物。
10.根据权利要求2所述的方法,其特征是:所述的添加剂为稳定剂、润滑剂、成核剂、着色剂或它们的任意混合物。
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