CN103408739B - 低端羧基含量聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯的制备方法 - Google Patents

低端羧基含量聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于完全生物降解的脂肪-芳香族共聚酯领域技术,具体涉及一种低端羧基含量聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯的制备方法。包括如下步骤:将丁二醇、己二酸和对苯二甲酸混合,添加多元醇后,加入水溶性催化剂,搅拌均匀,在化学性质不活泼气体的保护下进行酯化反应,然后进行缩聚反应,得到聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯。本发明操作简单,降低了聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇端羧基的含量,在不改变聚合物生物降解性能的前提下,改善了其耐热性能和加工性能,提高存储过程中的稳定性。引入无毒、无污染的第四单体,提高了聚合速率、降低了产品端羧基含量,但不影响产品的绿色环保特性,催化剂用量少,降低了生产成本。

Description

低端羧基含量聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯的制备方法
技术领域
本发明属于完全生物降解的脂肪-芳香族共聚酯领域技术,具体涉及一种低端羧基含量聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯的制备方法。
技术背景
自20世纪初期第一个合成树脂的诞生并实现工业化生产,人类开辟了大规模生产、使用高分子材料的新时代。然而,由于塑料的某些优异性能,导致其在使用后不易腐烂,日积月累,严重影响了地球的生态环境。寻求一种能够降解的新材料来缓解传统材料带来的环境污染已经刻不容缓,近年来,可降解聚酯由于其降解特性,已成为国内外研究的热点。
聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯是其中一种完全生物降解的聚酯材料,它可以在细菌或酶的作用下分解成二氧化碳和水,从而不对环境造成污染。由于其力学性能、加工性能基本和传统塑料相媲美,因此具有更大的使用价值。
目前,合成聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯仍存在着一系列的问题,如端羧基含量高,导致合成树脂在储存过程中易老化降解,影响其加工性能和后期使用性能。同时,由于这种可降解聚酯生产成本高,限制了其在工农业生产和日常生活等各个领域的大规模应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种低端羧基含量聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯的制备方法,操作简单,聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯的端羧基的含量很低,改善耐热性能和加工性能,提高存储过程中的稳定性。
本发明所述的低端羧基含量聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯的制备方法,包括如下步骤:
将丁二醇、己二酸和对苯二甲酸混合,添加多元醇后,加入水溶性催化剂,搅拌均匀,在化学性质不活泼气体的保护下进行酯化反应,然后进行缩聚反应,得到聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯。
其中:
多元醇为C3~C6脂肪族多元醇中的一种,优选甘油、季戊四醇、木糖醇或甘露醇等。
在聚合阶段添加此多元醇类第四单体,增大了端羟基封端概率,降低了聚合物端羧基的含量,在不改变聚合物生物降解性能的前提下,改善了其耐热性能、加工性能,提高其存储过程中的稳定性。
丁二醇与己二酸和对苯二甲酸之和的摩尔比为1~2:1;其中,己二酸和对苯二甲酸的摩尔比为55~70:30~45。
多元醇用量为反应物总重量的0.05%~0.2%。
酯化反应的温度为190~235℃,反应时间为2~4小时。
所采用化学性质不活泼气体为氮气、氦气或氖气中的一种。
水溶性催化剂为水性乳酸钛盐络合物、水性钛磷复合物、水性三乙醇胺锆盐或水性锆酸盐乳酸盐络合物中的一种。
水溶性催化剂用量为反应物总重量的0.01%~0.3%。
在酯化阶段加入水溶性催化剂,缩聚阶段不用再加催化剂。采用这种耐水性催化剂,防止部分催化剂在反应过程中遇水失去活性,不用在缩聚阶段补加催化剂,因此,催化剂用量较少,从工艺上降低了产品成本。
缩聚反应的温度为210~250℃,反应压力为30~100Pa,反应时间为3~5小时。
本发明聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯端羧基含量为15-30mol/t,分子量为9.2×104~18.3×104,拉伸强度为15~20MPa,断裂伸长率为585~750%。产品端羧基含量低、分子量高、力学性能优异。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明操作简单,降低了聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇端羧基的含量,在不改变聚合物生物降解性能的前提下,改善了其耐热性能和加工性能,提高存储过程中的稳定性。引入无毒、无污染的第四单体,提高了聚合速率、降低了产品端羧基含量,但不影响产品的绿色环保特性,催化剂用量少,降低了生产成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
将136g丁二醇、80g己二酸和75g对苯二甲酸至于反应器中混合,加入0.612g甘油、0.582g水性乳酸钛盐络合物,搅拌均匀,在氮气保护下,温度为235℃的条件下进行酯化反应,恒温反应2个小时。然后升温至250℃,减压至50Pa进行缩聚反应,反应3个小时,得到的聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯。
聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯端羧基含量为26mol/t,分子量为16.4×104,拉伸强度为18.3MPa,断裂伸长率为641%。
实施例2
将180g丁二醇、102g己二酸和50g对苯二甲酸至于反应器中混合,加入0.332g季戊四醇、0.582g水性钛磷复合物,搅拌均匀,在氦气保护下,温度为215℃的条件下进行酯化反应,恒温反应3个小时。然后升温至230℃,减压至100Pa进行缩聚反应,反应4.5个小时,得到的聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯端。
聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯羧基含量为15mol/t,分子量为11.0×104,拉伸强度为15.6MPa,断裂伸长率为749%。
实施例3
将92g丁二醇、88g己二酸和66g对苯二甲酸至于反应器中混合,加入0.369g木糖醇、0.738g水性三乙醇胺锆盐,搅拌均匀,在氖气保护下,温度为200℃的条件下进行酯化反应,恒温反应3.5个小时。然后升温至240℃,减压至30Pa进行缩聚反应,反应4个小时,得到的聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯。
聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯端羧基含量为21mol/t,分子量为18.3×104,拉伸强度为19.8MPa,断裂伸长率为585%。
实施例4
将153g丁二醇、95g己二酸和58g对苯二甲酸至于反应器中混合,加入0.146g甘露醇、0.031g水性锆酸盐乳酸盐络合物,搅拌均匀,在氮气保护下,温度为190℃的条件下进行酯化反应,恒温反应4个小时。然后升温至210℃,减压至80Pa进行缩聚反应,反应5个小时,得到的聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯。
聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯端羧基含量为30mol/t,分子量为9.2×104,拉伸强度为16.0MPa,断裂伸长率为725%。

Claims (2)

1.一种低端羧基含量聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
将丁二醇、己二酸和对苯二甲酸混合,添加多元醇后,加入水溶性催化剂,搅拌均匀,在化学性质不活泼气体的保护下进行酯化反应,然后进行缩聚反应,得到聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯;
多元醇为木糖醇或甘露醇;
丁二醇与己二酸和对苯二甲酸之和的摩尔比为1~2:1;其中,己二酸和对苯二甲酸的摩尔比为55~70:30~45;
多元醇用量为反应物总重量的0.05%~0.2%;
酯化反应的温度为190~235℃,反应时间为2~4小时;
水溶性催化剂用量为反应物总重量的0.01%~0.3%;
缩聚反应的温度为210~250℃,反应压力为30~100Pa,反应时间为3~5小时;
水溶性催化剂为水性乳酸钛盐络合物、水性钛磷复合物、水性三乙醇胺锆盐或水性锆酸盐乳酸盐络合物中的一种。
2.根据权利要求1所述的低端羧基含量聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯的制备方法,其特征在于:化学性质不活泼气体为氮气、氦气、氖气中的一种。
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