CN101497775B - 耐水解聚酯热熔胶的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐水解聚酯热熔胶的制备方法。该方法包括如下步骤：1)在聚硅氧烷和催化剂的存在下将二元羧酸和二元醇加热至100～240℃进行酯化反应；2)继续升温至240～260℃，在抽真空逐步减压的条件下进行共缩聚反应，制得耐水解聚酯热熔胶。在反应体系中加入聚硅氧烷能显著地提高所得聚酯热熔胶的耐水解性。

Description

耐水解聚酯热熔胶的制备方法

技术领域

本发明涉及聚酯热熔胶的制备方法，特别是涉及耐水解聚酯热熔胶的制备方法。 

背景技术

聚酯热熔胶因不含化学溶剂、无污染、粘接强度高等优点，被称为21世纪的“绿色胶粘剂”，在服装、汽车、电子电器、制鞋等领域得到了广泛的应用。 

然而，由于聚酯主链中含酯键，端基是羧基和羟基，聚酯热熔胶耐水解性能较差，尤其是在高温潮湿的环境下，聚酯极易受其末端酸基的催化而水解断裂，造成物理性能的劣化。 

国内外对聚酯的水解稳定性做了很多研究。早期的研究主要是通过添加低分子型封端剂，减少聚酯端羧基含量的方法来改善聚酯的水解性能。但低分子型封端剂得耐热性不好，易分解和挥发，故封端效果较差。为提高封端效果，专利CN1312327采用具有环氧基和胺基的高分子封端剂来封端的，明显提高了聚酯的耐水解性能。但环氧材料的加入增大了聚酯的熔体粘度，对低温性能也有影响。 

碳化二亚胺或聚碳化二亚胺也是公知的抗水解稳定剂。但聚碳化二亚胺通常增加熔体粘度，并产生刺激性气味，而且价格昂贵。 

聚硅氧烷由于具有优良的耐高低温性能，低的玻璃化转变温度，强疏水性，优异的耐候性等优点，如果将其引入聚酯热熔胶链段，形成共聚酯-聚硅氧烷嵌段聚合物，将会提高聚酯热熔胶的热稳定性和耐水解性。虽然目前有一些文献报道了用含硅氧烷的材料来改性聚酯，但大都是采用熔融共混的方式进行，最终得到的共混物往往因为相容性不好而影响性能。 

发明内容

本发明的主要目的是为解决上述问题而提供一种耐水解的聚酯热熔胶的制备方法。较之现有技术，本方法制备的聚酯热熔胶具有更好的耐水解性能，可以在更宽的范围内应用；且其制备方法可以直接通过合成实现，无须进一步共混，因而工艺简单、经济可行。 

为达到上述目的，本发明选用具有良好疏水性和耐候性的聚硅氧烷作为改性单体，与合成共聚酯的常规单体二元羧酸和二元醇共聚，以改善和提高聚酯热熔胶的耐水解性能。 

本发明选用的聚硅氧烷，两端都以活性羟基封端，其端羟基可以和聚酯中的二元羧酸、二元醇及聚酯齐聚物的端基反应，形成聚硅氧烷-共聚酯嵌段共聚物，因而得到的聚硅氧烷改性聚酯热熔胶具有较好的稳定性。 

本发明涉及一种耐水解聚酯热熔胶的制备方法，其包括下列步骤： 

1)在聚硅氧烷和催化剂的存在下将二元羧酸和二元醇加热至100～240℃进行酯化反应； 

2)继续升温至240～260℃，在抽真空逐步减压的条件下进行共缩聚反应，制得耐水解聚酯热熔胶。 

本发明的聚酯热熔胶增比粘度为0.30～0.60，具有较佳的耐水解性，此有点可由聚酯胶粒经高温高湿处理后增比粘度下降很少得到证实。本发明的聚酯热熔胶比公知技术具有更低的玻璃化温度，这由DSC曲线可证实。 

具体实施方式

本发明所用的二元羧酸包括C_6-12二元羧酸，如对苯二甲酸、间苯二甲酸、C_6-12脂族二元羧酸或它们的混合物。在二元羧酸混合物中，对苯二甲酸和间苯二甲酸及C_6-12脂族二元羧酸的摩尔％之比为50～90∶0～15∶5～50，优选为60～85∶0～10∶10～40，其中摩尔％以二元羧酸的总摩尔数为基准。 

C_6-12脂族二元羧酸的例子包括己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一亚甲基二羧酸和十二亚甲基二羧酸或它们的混合物，优选的是己二酸、辛二酸、癸二酸或它们的混合物，更优选是己二酸和癸二酸。 

上述的二元羧酸也可使用这些二元羧酸的C_1-4烷基酯。它的例子包括对苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸二乙酯、对苯二甲酸二丙酯、对苯二甲酸二丁酯、间苯二甲酸二甲酯、间苯二甲酸二乙酯、间苯二甲酸二丙酯、间苯二甲酸二丁酯、己二酸二甲酯、己二酸二丁酯、庚二酸二甲酯、庚二酸二丁酯、辛二酸二甲酯、辛二酸二丁酯、壬二酸二甲酯、壬二酸二丁酯、癸二酸二甲酯、癸二酸二丁酯、十二亚甲基二羧酸二甲酯、十二亚甲基二羧酸二丁酯等等。优选的是对苯二甲酸二甲酯、间苯二甲酸二甲酯、己二酸二甲酯、辛二酸二甲酯、癸二酸二甲酯。 

上述的二元醇包括C_2-6二元醇，例如选自乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二 醇、己二醇、一缩二乙二醇和二缩三乙二醇中的至少一种二元醇。上述的二元醇可以单独使用，也可以二种或多种混合使用。 

上述聚硅氧烷的结构式为： 

其中， 

-R₁、R₂相同或不同并各自独立地表示直链或支链C₁～C₁₀、优选C₁～C₆的烷基，C₃～C₁₀、优选C₅～C₆的环烷基、苯基或C₁～C₆烷基苯基。 

-n表示约1～200的整数，优选1～100的整数。 

上述聚硅氧烷的重均分子量为100～10000，优选为300～5000。 

上述聚硅氧烷为市售产品。 

上述二元羧酸或其烷酯与二元醇的摩尔比宜为1∶(1.3～2.2)，优选为1∶(1.5～2.2)，最优选为1∶(1.7～2.0)。 

以用于形成聚酯热熔胶的二元羧酸和二元醇单体总重量计，上述聚硅氧烷的加入量为0.1～10wt％，优选为0.5～5wt％，最优选为1～5wt％。 

在本发明聚酯热熔胶的制造过程中，将上述二元羧酸单体、二元醇单体及聚硅氧烷在催化剂的作用下一起进行酯化反应，得到低分子量的齐聚物，酯化反应的温度范围一般为100～240℃，优选为150～230℃。 

上述的酯化反应中可以使用本领域中常规的催化剂，如钛酸烷酯，如钛酸四甲酯、钛酸四乙酯、钛酸四丙酯、钛酸四丁酯或它们的混合物。 

本发明中催化剂的用量约为原料单体总重量的0.020～0.15重量％，优选为0.025～0.1重量％。 

当从酯化反应体系中馏出的水达到理论量时，继续将温度逐渐升高至240～260℃，施加约低于133Pa的真空，进行缩聚反应，以从反应体系中除去残余的水和单体。为防止反应物排出体系，抽真空应分步进行，逐渐从低真空转入高真空。最终体系的余压低于133Pa。 

缩聚反应体系中可加入催化剂和稳定剂。 

缩聚催化剂仍可用上述的钛酸烷酯，加入量约为原料单体总重量的 0.020～0.10重量％，优选为0.025～0.05重量％。 

稳定剂的例子包括磷酸酯和亚磷酸酯， 

磷酸酯的例子包括磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯或它们的混合物。 

亚磷酸酯的例子包括亚磷酸三苯酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三丁酯或它们的混合物。 

稳定剂的用量一般约为原料单体总重量的0.020～0.085重量％，优选为0.025～0.075重量％。 

本发明的聚酯热熔胶除了上述主要成分外，尚可添加其它公知的添加剂，如抗氧剂、着色剂、成核剂、填充剂等。 

缩聚反应结束后，将所得反应产物冷却，即得本发明的聚酯热熔胶。 

经由本发明所得的聚酯热熔胶比起公知技术具有更好的耐水解性，此优点已经由聚酯胶粒经高温高湿处理后增比粘度下降程度很少得到证实。本发明的聚酯热熔胶还具有比公知技术更低的玻璃化温度，这已由DSC曲线中Tg的测试值得到证实。 

以下是本发明的特性测试方法和评价方法。 

(1)增比粘度 

称取0.1250±0.0005g的聚酯热熔胶胶粒，将其溶解在25.00ml的苯酚一四氯乙烷(体积比为1∶2)的溶剂中溶解，使用乌氏粘度计在25℃下测试并计算其增比粘度。 

(2)耐水解稳定性 

取一定量聚酯热熔胶胶粒，置于密封的耐水解处理体系，在100℃的水蒸气条件下处理10小时，然后取处理后的样品干燥后测定其增比粘度，比较处理前后切片粘度的变化。 

(3)熔点T_m和玻璃化转变温度(T_g) 

取5～10mg聚酯热熔胶胶粒，采用Mettler的DSC-823e分析，先以20℃/min的升温速度升至220℃，然后用液氮骤冷至-50℃消除热历史，再以20℃/min的升温速度从-50℃升至220℃，从升温曲线上读出熔点T_m和玻璃化温度T_g。 

为了进一步说明本发明的上述和其他目的、特征和优点，下面特举出较佳实施例和对比实施例进行对比加以说明。 

实施例 

实施例1 

在一个带有温度计、机械搅拌器、分馏拄和冷凝器的1000ml不锈钢反应釜内加入1，4-丁二醇342克，羟基硅油10g(产品型号为RH-25，购自江苏省溧阳市蓝海化工有限公司)，随即在搅拌下加入对苯二甲酸226克，间苯二甲酸33克，癸二酸89克，和酞酸正乙酯0.23克。加热升温，当升温到170℃左右时，开始馏出水滴，馏温90～100℃，继续升温直至釜内温度达220℃左右，待水馏出量达到理论量时，酯化完成，得到低分子量的齐聚物。将搅拌速度降低，缓慢加入酞酸正乙酯0.15克及亚磷酸三苯酯0.2克，然后继续逐步将温度升至240～250℃左右，并逐步提高体系的真空度，直至体系的真空度小于133Pa。大约2～3小时左右即完成缩聚反应。解除真空，趁热将熔融物料倒入冷水中，得到白色胶条，并切成胶粒。 

在100℃下干燥6小时后，测得的熔点172℃，粘度比增量为0.39，玻璃化转变温度-21℃。 

水处理10小时后，测其增比粘度为0.38。 

实施例2 

在一个带有温度计、机械搅拌器、分馏拄和冷凝器的1000ml不锈钢反应釜内加入1，4-丁二醇342克，随即在搅拌下加入对苯二甲酸226克，间苯二甲酸33克，癸二酸89克，和酞酸正乙酯0.23克。加热升温，当升温到170℃左右时，开始馏出水滴，馏温90～100℃，继续升温直至釜内温度达220℃左右，待水馏出量达到理论量时，酯化完成，得到低分子量的齐聚物。继续将温度升至240～250℃左右，并提高体系的真空度，直至体系的真空度小于133Pa。大约2～3小时左右即完成缩聚反应。解除真空，趁热将熔融物料倒入冷水中，得到白色胶条，并切成胶粒。 

在100℃下干燥6小时后，测得的熔点173℃，粘度比增量为0.38，玻璃化转变温度-18℃。 

水处理10小时后，测其增比粘度为0.33。 

实施例3、5、7、9 

以上四实施例按与实施例1相同的步骤和条件进行，所不同的是所用原料及 其配比如下表1所示。所得产物的分析结果也列于表1中。 

实施例4、6、8、10 

以上四实施例按与实施例2相同的步骤和条件进行，所不同的是所用原料及其配比如下表1所示。所得产物的分析结果也列于表1中。 

注：表中的摩尔％以二元羧酸组分的总摩尔数计和100mol％二元醇的总摩尔数计。 

A：RH-25结构式中的R₁、R₂都为甲基-CH₃； 

B：Z-6018结构式的R₁为丙基-CH₂CH₂CH₃，R₂为苯基； 

C：233结构式中的R₁为甲基-CH₃，R₂为苯基 

D：聚硅氧烷的加入量wt％表示以用于形成聚酯热熔胶的二元羧酸和二元醇单体总重量为基准的重量百分比。 

以上表中，实施例1、3、5、7、9为加入聚硅氧烷共聚的例子，实施例2、4、6、8、10为对应的没有加聚硅氧烷共聚的对比例子。 

通过以上实施例与对比例数据比较可清楚地看出，在实施例1、3、5、7、9中加入少量聚硅氧烷共聚后，所得聚酯热熔胶经水处理后增比粘度的下降幅度明显减小了，证实了其耐水解性能得到改善；聚酯热熔胶的玻璃化转变温度也得到一定下降。 

通过对比我们还能发现，聚酯热熔胶链段中脂肪族含量越高，其耐水解性能越差，表现在未经改性的含脂肪链高的聚酯热熔胶经水处理后增比粘度下降幅度更高。 

聚酯热熔胶的耐水解性能提高了，有利于储存期的延长和物理性能的稳定。玻璃化转变温度的降低，说明其柔性增强，可以在更低的温度温下使用。 

Claims (9)

1.一种耐水解聚酯热熔胶的制备方法，其包括下列步骤：

1)在聚硅氧烷和催化剂的存在下将二元羧酸和二元醇加热至100～240℃进行酯化反应；

2)继续升温至240～260℃，在抽真空逐步减压的条件下进行共缩聚反应，制得耐水解聚酯热熔胶，其中所述聚硅氧烷的结构式为：

其中，

-R₁、R₂相同或不同并各自独立地表示直链或支链C₁～C₁₀烷基，C₃～C₁₀环烷基、苯基或C₁～C₆烷基苯基，

-n表示1～200的整数，以用于形成聚酯热熔胶的二元羧酸和二元醇单体总重量计，所述聚硅氧烷的加入量为0.1～10wt％。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的二元羧酸包括对苯二甲酸、间苯二甲酸、C_6-12脂族二元羧酸或它们的混合物。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的C_6-12脂族二元羧酸包括己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一亚甲基二羧酸和十二亚甲基二羧酸或它们的混合物。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的二元醇包括选自乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、一缩二乙二醇和二缩三乙二醇中的至少一种二元醇。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二元羧酸与二元醇的摩尔比宜为1∶1.3～2.2。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚硅氧烷的重均分子量为100～10000。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的催化剂包括钛酸烷酯。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的钛酸烷酯包括钛酸四甲酯、钛酸四乙酯、钛酸四丙酯、钛酸四丁酯或它们的混合物。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，反应体系的最终真空度低于133Pa。