CN102093543A - 聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,该方法包括以下步骤:将二甲酸单体或二甲酯单体与二元醇单体混合,在酯化或酯交换催化剂的催化下进行加压酯化或酯交换反应,然后加入添加剂及缩聚催化剂进行减压缩聚,得到聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯。与现有技术相比,本发明很好解决了2,3-丁二醇反应活性低,不容易缩聚的问题,得到的产品玻璃化转变温度较高、机械性能优异、并且不易结晶、透明性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚酯的制备方法,尤其是涉及聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸1,4-丁二酯(PBT)是美国在20世纪70年代首先开发的工程塑料,其耐候性、电绝缘性、耐化学药品性、耐磨性优良,吸水性低,尺寸稳定性好。与同系列的聚酯聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)相比,由于其二醇单元中的碳链较长,因此又具有结晶速度快、适合于高速成型的优点。但是,无论是PET还是PBT,跟非晶聚酯相比,其均聚物都存在内在的一些缺陷,如结晶速度慢、韧性不足、尺寸稳定性差等,使其在工程塑料或模型铸件等方面的应用受到了一定的限制。
2,3-丁二醇是1,4-丁二醇的同分异构体,是具有两个支链甲基的二醇。当与二羧酸形成聚酯时,不对称甲基的存在使得聚酯聚合物分子链的内旋转受阻,Tg将升高;而且破坏了分子链的规整结构,使得2,3-丁二醇聚酯一般不能结晶。因此2,3-丁二醇与对苯二甲酸进行缩聚时,就得到了具有较高玻璃化转变温度的透明非晶聚酯。
同时,2,3-丁二醇虽然具有与1,4-丁二醇类似的分子结构,但它的两个羟基都是仲羟基,反应活性较低,很难与二元酸聚合得到高分子量的聚酯。目前已知的利用一种或多种二元酸和2,3-丁二醇制备的聚酯分子量都很小,不能满足工程塑料用的要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有较高的玻璃化转变温度、机械性能优异、并且不易结晶、透明性好的聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯,其特征在于,所述的聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯具有如下结构:
将二甲酸单体或二甲酯单体与二元醇单体混合,在酯化或酯交换催化剂的催化下进行加压酯化或酯交换反应0.5-6h,然后加入添加剂及缩聚催化剂进行减压缩聚,得到聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯。
所述的二甲酸单体包括对苯二甲酸或对苯二甲酸与间苯二甲酸的混合酸,所述的二甲酯单体包括对苯二甲酸二甲酯或对苯二甲酸二甲酯与间苯二甲酸二甲酯的混合酯。
所述的二元醇单体选自2,3-丁二醇或2,3-丁二醇与乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇或1,6-己二醇中的一种或几种的混合醇。
所述的酯化或酯交换催化剂为醋酸盐或钛化合物中的一种或几种,所述的的醋酸盐包括醋酸锌、醋酸钙、醋酸镁、醋酸锰或醋酸钴中的一种或几种,所述的钛化合物包括钛酸四乙酯、钛酸四正丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四正丁酯、钛酸四异辛酯或草酸钛钾中的一种或几种。
所述的添加剂包括稳定剂或着色剂中的一种或几种,所述的稳定剂包括稳定剂为亚磷酸三苯酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三癸酯、磷酸三甲酯、磷酸三癸酯或磷酸三苯酯中的一种或几种,所述的着色剂包括钛白粉、炭黑或有机染料中的一种或几种。
所述的缩聚催化剂包括钛化合物、锑化合物或锡化合物中的一种或几种,所述的钛化合物包括钛酸四乙酯、钛酸四正丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四正丁酯、钛酸四异辛酯或草酸钛钾中的一种或几种,所述的锑化合物包括醋酸锑或三氧化二锑中的一种或两种,所述的锡化合物包括氧化二丁基锡、辛酸亚锡或二醋酸二丁基锡中的一种或几种。
所述的二甲酸单体与二元醇单体摩尔比为1∶(1-2.5),优选1∶(1.1-2),二甲酸单体与酯化催化剂的重量比为1∶(0.0001-0.01),优选1∶(0.0001-0.005),二甲酸单体与添加剂的重量比为1∶(0-0.008),优选1∶(0.0002-0.005),二甲酸单体与缩聚催化剂的重量比为1∶(0.0001-0.01),优选1∶(0.0001-0.005),加压酯化反应的压力为0.1-0.3MPa,反应温度为180-260℃,优选220-240℃,减压缩聚反应压力为10-250Pa,优选20-60Pa,反应时间为1-5h,优选2-3.5h,反应温度为240-270℃,优选250-260℃。
所述的二甲酯单体与二元醇单体摩尔比为1∶(2-3.5),优选1∶(2-2.8),二甲酯单体与酯交换催化剂的重量比为1∶(0.0001-0.02),优选1∶(0.0001-0.008),二甲酯单体与添加剂的重量比为1∶(0-0.007),优选1∶(0.0002-0.004),二甲酯单体与缩聚催化剂的重量比为1∶(0.0001-0.02),优选1∶(0.0001-0.008),加压酯交换反应的压力为0.1-0.3MPa,反应温度为180-230℃,优选190-230℃,减压缩聚反应压力为10-250Pa,优选20-50Pa,反应时间为1-5h,优选1.5-3.5h,反应温度为240-270℃,优选250-260℃。
与现有技术相比,本发明利用对苯二甲酸和2,3-丁二醇等来制备具有新颖性能的非晶聚酯工程塑料。通过选用催化活性较高的复合催化剂,很好解决了2,3-丁二醇反应活性低,不容易缩聚的问题,成功制备出具有一定分子量的聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯。由于2,3-丁二醇侧链上具有两个不对称的甲基,使得聚酯分子链的内旋转受阻,因此聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯具有较高的玻璃化转变温度,可以满足较高温使用环境的特殊要求,得到的产品玻璃化转变温度较高、机械性能优异、并且不易结晶、透明性好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,该方法为直接酯化法,包括以下步骤:
将498g对苯二甲酸(PTA)、405g的2,3-丁二醇以及酯化的催化剂0.2g钛酸四正丁酯、0.05g二水合醋酸锌加入到2L的反应釜中。所有的料加完后,充氮气、放气,除去反应釜中的氧气。然后充氮气使釜内压力增至0.2MPa,开始加热,当反应在230℃下反应1h后,开始有液体馏分出来,控制分馏柱出口温度为110-130℃。随着反应的进行,体系温度不断上升,大约2h后达到260℃,保持此温度继续反应,直至馏分出来水的总量达到理论值的90%以上。将釜内压力缓慢降至常压并保温半小时,加入0.7g的亚磷酸三苯酯和0.2g钛酸四正丁酯,然后开始抽真空缩聚,真空度缓慢升至40-50Pa,维持真空约2.5h,当反应釜中的搅拌转速降至最低时,停止抽真空,停止加热。然后向釜中冲氮气加压将产物挤出,即得聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯。所得样品的重均分子量为15600,Tg为124℃。
实施例2
聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,该方法为直接酯化法,包括以下步骤:
将498g对苯二甲酸(PTA)、270g的2,3-丁二醇、108g的1,4-丁二醇以及酯化的催化剂0.3g钛酸四正丁酯加入到2L的反应釜中。所有的料加完后,充氮气、放气,除去反应釜中的氧气。然后充氮气使釜内压力增至0.25MPa,在230℃进行酯化反应4h。酯化完全后,加入1g钛白粉、0.6g的磷酸三甲酯和0.5g氧化二丁基锡,在265℃、压力为30-40Pa下缩聚3h,即得聚对苯二甲酸2,3-丁二醇共聚酯。所得样品的重均分子量为17200,Tg为95℃。
实施例3
聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,该方法为直接酯化法,包括以下步骤:
将415g对苯二甲酸(PTA)、84g间苯二甲酸、378g的2,3-丁二醇以及酯化的催化剂0.15g钛酸四正丁酯、0.15g二水合醋酸锌加入到2L的反应釜中。所有的料加完后,充氮气、放气,除去反应釜中的氧气。然后充氮气使釜内压力增至0.23MPa,在240℃进行酯化反应2.5h。酯化完全后,加入0.8g的亚磷酸三甲酯和0.6g三氧化二锑,在260℃、压力为50-70Pa下缩聚3h,即得聚对苯二甲酸2,3-丁二醇共聚酯。所得样品的重均分子量为14800,Tg为123℃。
实施例4
聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,该方法为酯交换法,包括以下步骤:
将523.8g对苯二甲酸二甲酯(DMT)、540g的2,3-丁二醇以及酯交换的催化剂0.3g钛酸四正丁酯加入到2L的反应釜中。所有的料加完后,充氮气除去反应釜中的氧气。然后将釜内压力增至0.1MPa,开始加热,当反应在220℃下反应0.5h后,开始有液体馏分出来,控制分馏柱出口温度为70-85℃,以避免2,3-丁二醇被蒸发带出。在220-230℃继续反应5h,馏分出来甲醇的量达到理论值的92%以上。将釜内压力缓慢降至常压、保温半小时。加入0.8g的亚磷酸三苯酯和0.3g钛酸四正丁酯,开始抽真空缩聚,真空度缓慢升至50-60Pa,维持真空约3h,当反应釜中的搅拌转速降至最低时,停止抽真空,停止加热。然后向釜中冲氮气加压将产物挤出,即得聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯。所得样品的重均分子量为16300,Tg为126℃。
实施例5
聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,该方法为酯交换法,包括以下步骤:
将349.2g对苯二甲酸二甲酯(DMT)、174.6g间苯二甲酸二甲酯、540g的2,3-丁二醇以及酯交换的催化剂0.25g钛酸四正丁酯、0.1g二水合醋酸锌加入到2L的反应釜中。充氮气除去氧气,釜内压力增至0.15MPa,在220-230℃反应5h。将釜内压力降至常压,加入0.7g的亚磷酸三苯酯和0.5g辛酸亚锡,在260℃、40-60Pa抽真空缩聚约3h,停止反应。冲氮气加压将产物挤出,即得聚对苯二甲酸2,3-丁二醇共聚酯。所得样品的重均分子量为14300,Tg为121℃。
实施例6
聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,该方法为酯交换法,包括以下步骤:
将523.8g对苯二甲酸二甲酯(DMT)、360g的2,3-丁二醇、124g乙二醇以及酯交换的催化剂0.4g二水合醋酸锌加入到2L的反应釜中。充氮气除去氧气,釜内压力增至0.1MPa,在220-230℃反应5.5h。将釜内压力降至常压,加入0.7g的亚磷酸三苯酯和0.6g三氧化二锑,在260℃、50-60Pa抽真空缩聚约3.5h,停止反应。冲氮气加压将产物挤出,即得聚对苯二甲酸2,3-丁二醇共聚酯。所得样品的重均分子量为16700,Tg为101℃。
实施例7
聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,该方法为直接酯化法,包括以下步骤:
将166g对苯二甲酸与102g 2,3-丁二醇与42g乙二醇进行混合,加入酯化催化剂醋酸钙0.02g,控制反应压力为0.1MPa,反应温度为180℃,进行加压酯化反应0.5h,然后加入0.332g添加剂及0.76g缩聚催化剂进行减压缩聚,添加剂为亚磷酸三苯酯及炭黑,缩聚催化剂为钛酸四正丙酯,控制反应压力为10Pa,反应时间为5h,反应温度为240℃,减压缩聚得到聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯。
得到的聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯具有如下结构:
实施例8
聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,该方法为直接酯化法,包括以下步骤:
将166g对苯二甲酸、52g间苯二甲酸与135g 2,3-丁二醇进行混合,加入酯化催化剂草酸钛钾0.17g,控制压力为0.3MPa,反应温度为260℃,进行加压酯化反应6h,然后加入0.17g缩聚催化剂氧化二丁基锡进行减压缩聚,控制反应压力为250Pa,反应时间为1h,反应温度为270℃,减压缩聚得到聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯。
得到的聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯具有如下结构:
其中R1为R2为n1为2-6,m为1-500,n为0-500。
实施例9
聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,该方法为酯交换法,包括以下步骤:
将162g对苯二甲酸二甲酯、300g 2,3-丁二醇与65g 1,5-戊二醇混合,在0.81g醋酸锰及醋酸钴混合物的催化下,控制压力为0.2MPa,反应温度为190℃,进行加压酯交换反应3h,然后加入1.124g添加剂及1.3g缩聚催化剂进行减压缩聚,其中添加剂为磷酸三甲酯及钛白粉的混合物,缩聚催化剂为辛酸亚锡及二醋酸二丁基锡的混合物,控制反应压力为50Pa,反应时间为3.5h,反应温度为260℃,得到聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯。
得到的聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯具有如下结构:
实施例10
聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,该方法为酯交换法,包括以下步骤:
将162g对苯二甲酸二甲酯及95g间苯二甲酸二甲酯的混合物与200g 2,3-丁二醇与52g 1,6-己二醇的混合物进行混合,在1.29g钛酸四乙酯及钛酸四正丙酯混合物的催化下,控制压力为0.3MPa,反应温度为230℃,进行加压酯交换反应5h,然后加入0.3g添加剂及1.32g缩聚催化剂进行减压缩聚,其中添加剂为亚磷酸三苯酯及市售有机染料CO9B的混合物,缩聚催化剂为钛酸四异辛酯,控制反应压力为150Pa,反应时间为2h,反应温度为250℃,得到聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯。
得到的聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯具有如下结构:
Claims (9)
2.聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:将二甲酸单体或二甲酯单体与二元醇单体混合,在酯化或酯交换催化剂的催化下进行加压酯化或酯交换反应0.5-6h,然后加入添加剂及缩聚催化剂进行减压缩聚,得到聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯。
3.根据权利要求2所述的聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,其特征在于,所述的二甲酸单体包括对苯二甲酸或对苯二甲酸与间苯二甲酸的混合酸,所述的二甲酯单体包括对苯二甲酸二甲酯或对苯二甲酸二甲酯与间苯二甲酸二甲酯的混合酯。
4.根据权利要求2所述的聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,其特征在于,所述的二元醇单体选自2,3-丁二醇或2,3-丁二醇与乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇或1,6-己二醇中的一种或几种的混合醇。
5.根据权利要求2所述的聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,其特征在于,所述的酯化或酯交换催化剂为醋酸盐或钛化合物中的一种或几种,所述的的醋酸盐包括醋酸锌、醋酸钙、醋酸镁、醋酸锰或醋酸钴中的一种或几种,所述的钛化合物包括钛酸四乙酯、钛酸四正丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四正丁酯、钛酸四异辛酯或草酸钛钾中的一种或几种。
6.根据权利要求2所述的聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,其特征在于,所述的添加剂包括稳定剂或着色剂中的一种或几种,所述的稳定剂包括稳定剂为亚磷酸三苯酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三癸酯、磷酸三甲酯、磷酸三癸酯或磷酸三苯酯中的一种或几种,所述的着色剂包括钛白粉、炭黑或有机染料中的一种或几种。
7.根据权利要求2所述的聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,其特征在于,所述的缩聚催化剂包括钛化合物、锑化合物或锡化合物中的一种或几种,所述的钛化合物包括钛酸四乙酯、钛酸四正丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四正丁酯、钛酸四异辛酯或草酸钛钾中的一种或几种,所述的锑化合物包括醋酸锑或三氧化二锑中的一种或两种,所述的锡化合物包括氧化二丁基锡、辛酸亚锡或二醋酸二丁基锡中的一种或几种。
8.根据权利要求2所述的聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,其特征在于,所述的二甲酸单体与二元醇单体摩尔比为1∶(1-2.5),优选1∶(1.1-2),二甲酸单体与酯化催化剂的重量比为1∶(0.0001-0.01),优选1∶(0.0001-0.005),二甲酸单体与添加剂的重量比为1∶(0-0.008),优选1∶(0.0002-0.005),二甲酸单体与缩聚催化剂的重量比为1∶(0.0001-0.01),优选1∶(0.0001-0.005),加压酯化反应的压力为0.1-0.3MPa,反应温度为180-260℃,优选220-240℃,减压缩聚反应压力为10-250Pa,优选20-60Pa,反应时间为1-5h,优选2-3.5h,反应温度为240-270℃,优选250-260℃。
9.根据权利要求2所述的聚对苯二甲酸2,3-丁二醇酯及其共聚酯的制备方法,其特征在于,所述的二甲酯单体与二元醇单体摩尔比为1∶(2-3.5),优选1∶(2-2.8),二甲酯单体与酯交换催化剂的重量比为1∶(0.0001-0.02),优选1∶(0.0001-0.008),二甲酯单体与添加剂的重量比为1∶(0-0.007),优选1∶(0.0002-0.004),二甲酯单体与缩聚催化剂的重量比为1∶(0.0001-0.02),优选1∶(0.0001-0.008),加压酯交换反应的压力为0.1-0.3MPa,反应温度为180-230℃,优选190-230℃,减压缩聚反应压力为10-250Pa,优选20-50Pa,反应时间为1-5h,优选1.5-3.5h,反应温度为240-270℃,优选250-260℃。
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