CN111349221A - 一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法，制备方法包括以下步骤：S1、准备以下重量份的原料：异山梨醇26～43份，1,3‑丙二醇21～37份，二元羧酸5～14份，对苯二酚5～14份，阻聚剂2～8份，阻燃剂2～8份，亚磷酸2～5份，催化剂1～4份，偶联剂0.5～2份；S2、将以上重量份的异山梨醇和二元羧酸在常压、反应温度为100～140℃的条件下进行脱水反应2～5h，然后在压力为1200～1600Pa、反应温度为120～160℃的条件下进行真空缩聚反应2～4h。本发明制备得到的生物基复合材料力学性能稳定，阻燃、耐磨效果好，实现聚合物由半结晶的原料转变为柔软的弹性体，且对环境友好。

Description

一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法
技术领域
本发明涉及生物复合材料技术领域，尤其涉及一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法。
背景技术
化石资源的日益枯竭以及使用过程中造成的环境污染等问题，已经成为制约社会和经济可持续发展的两个瓶颈。这些资源和环境的双重问题大大推动了人们对可再生的生物质资源的研究。生物复合材料又称为生物医用复合材料，它是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料。制备此类材料的目的就是进一步提高或改善某一种生物材料的性能。此类材料主要用于修复及替换人体组织、器官或增进其功能。生物复合材料根据不同的基材，生物复合材料可分为高分子基、金属基和陶瓷基复合材料三类，它们既可以作为生物复合材料的基材，又可作为增强体或填料，它们之间的相互搭配或组合形成了大量性质各异的生物医学复合材料。根据材料植入体内后引起的组织反应类型和程度，生物复合材料又可分为生物惰性的、生物活性的、可生物降解的和吸收的复合材料等类型，生物医学复合材料的发展为获得真正仿生的生物材料开辟了广阔途径。
异山梨醇是一种生物基功能性二元醇,具有两个反位连接的四氢呋喃环和分别处于面内、面外的两个羟基，因而具有刚性结构，可以作为共聚单体合成改性的商业聚合物如PET、聚醚、聚酯、聚氨酯、聚碳酸酯等，近年来因其在聚合物工业中的潜在应用价值而备受关注。异山梨醇作为生物基的取代型化合物在聚合物中的作用主要有两个：一是作为生物基的取代型化合物，在保持功效的前提下让目标聚合物分子更有持续性；二是探索生物基聚合物的新特性从而开发新的市场。
发明内容
基于背景技术存在的异山梨醇可进一步开发研究的技术问题，本发明提出了一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法。
本发明提出的一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法，制备方法包括以下步骤：
S1、准备以下重量份的原料：异山梨醇26～43份，1,3-丙二醇21～37份，二元羧酸5～14份，对苯二酚5～14份，阻聚剂2～8份，阻燃剂2～8份，亚磷酸2～5份，催化剂1～4份，偶联剂0.5～2份；
S2、将以上重量份的异山梨醇和二元羧酸在常压、反应温度为100～140℃的条件下进行脱水反应2～5h，然后在压力为1200～1600Pa、反应温度为120～160℃的条件下进行真空缩聚反应2～4h，降低温度至30～90℃并脱除反应体系中的水分，得到混合物A；
S3、将混合物A和偶联剂加入混合机中，在850～1250r/min的速度下，混合20～40min后，然后再同步加入1,3-丙二醇、阻燃剂，继续以160～180r/min的搅拌速度混合20～40min，得到混合物B；
S4、将以上重量份的对苯二酚、阻聚剂、亚磷酸加入真空箱中，在120～180℃的条件下反应1～3h，再加入催化剂，在真空条件下继续反应2～4h，得到混合物C；
S5、将混合物C和偶联剂加入捏合机中，搅拌30～50min，并升温保持高真空-0.05±0.005MPa，持续20～40min后，自然冷却，灭菌、包装，即可制得生物基复合材料。
优选地，所述S1中，准备以下重量份的原料：异山梨醇30～40份，1,3-丙二醇25～32份，二元羧酸8～10份，对苯二酚7～12份，阻聚剂4～6份，阻燃剂4～6份，亚磷酸3～4份，催化剂2～3份，偶联剂1～1.5份。
优选地，所述S1中，准备以下重量份的原料：异山梨醇35份，1,3-丙二醇28份，二元羧酸9份，对苯二酚10份，阻聚剂5份，阻燃剂5份，亚磷酸3.5份，催化剂2.5份，偶联剂1.2份。
优选地，所述阻燃剂是氢氧化镁和/或氢氧化铝和/或剃的化合物和/或磷系和/或氮系和或/磷氮系。
优选地，所述阻聚剂和阻燃剂的质量比为1:1。
优选地，所述二元羧酸为柠康酸或富马酸。
与现有技术相比，本发明提出的所述一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法通过以异山梨醇、1,3-丙二醇和对苯二酚为主要基材，配以亚磷酸、催化剂等，制备得到的生物基复合材料力学性能稳定，阻燃、耐磨效果好，实现聚合物由半结晶的原料转变为柔软的弹性体，应用前景广泛，本发明制备工艺简单，制备成本低，制得生物基复合材料性能较强，对环境友好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例一
本实施例提出了一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法，制备方法包括以下步骤：
S1、准备以下重量份的原料：异山梨醇26份，1,3-丙二醇21份，二元羧酸5份，对苯二酚5份，阻聚剂2份，阻燃剂2份，亚磷酸2份，催化剂1份，偶联剂0.5份；
S2、将以上重量份的异山梨醇和二元羧酸在常压、反应温度为100℃的条件下进行脱水反应2h，然后在压力为1200Pa、反应温度为120℃的条件下进行真空缩聚反应2h，降低温度至30℃并脱除反应体系中的水分，得到混合物A；
S3、将混合物A和偶联剂加入混合机中，在850r/min的速度下，混合20min后，然后再同步加入1,3-丙二醇、阻燃剂，继续以160r/min的搅拌速度混合20min，得到混合物B；
S4、将以上重量份的对苯二酚、阻聚剂、亚磷酸加入真空箱中，在120℃的条件下反应1h，再加入催化剂，在真空条件下继续反应2h，得到混合物C；
S5、将混合物C和偶联剂加入捏合机中，搅拌30min，并升温保持高真空-0.055MPa，持续20min后，自然冷却，灭菌、包装，即可制得生物基复合材料。
实施例二
本实施例提出了一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法，制备方法包括以下步骤：
S1、准备以下重量份的原料：异山梨醇31份，1,3-丙二醇25份，二元羧酸7份，对苯二酚8份，阻聚剂4份，阻燃剂4份，亚磷酸2.5份，催化剂2份，偶联剂0.8份；
S2、将以上重量份的异山梨醇和二元羧酸在常压、反应温度为110℃的条件下进行脱水反应2.6h，然后在压力为1300Pa、反应温度为130℃的条件下进行真空缩聚反应2.5h，降低温度至45℃并脱除反应体系中的水分，得到混合物A；
S3、将混合物A和偶联剂加入混合机中，在950r/min的速度下，混合25min后，然后再同步加入1,3-丙二醇、阻燃剂，继续以165r/min的搅拌速度混合25min，得到混合物B；
S4、将以上重量份的对苯二酚、阻聚剂、亚磷酸加入真空箱中，在135℃的条件下反应1.5h，再加入催化剂，在真空条件下继续反应2.5h，得到混合物C；
S5、将混合物C和偶联剂加入捏合机中，搅拌35min，并升温保持高真空-0.053MPa，持续25min后，自然冷却，灭菌、包装，即可制得生物基复合材料。
实施例三
本实施例提出了一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法，制备方法包括以下步骤：
S1、准备以下重量份的原料：异山梨醇35份，1,3-丙二醇28份，二元羧酸9份，对苯二酚10份，阻聚剂5份，阻燃剂5份，亚磷酸3.5份，催化剂2.5份，偶联剂1.2份；
S2、将以上重量份的异山梨醇和二元羧酸在常压、反应温度为120℃的条件下进行脱水反应2.5h，然后在压力为1400Pa、反应温度为150℃的条件下进行真空缩聚反应3h，降低温度至60℃并脱除反应体系中的水分，得到混合物A；
S3、将混合物A和偶联剂加入混合机中，在1050r/min的速度下，混合30min后，然后再同步加入1,3-丙二醇、阻燃剂，继续以170r/min的搅拌速度混合30min，得到混合物B；
S4、将以上重量份的对苯二酚、阻聚剂、亚磷酸加入真空箱中，在150℃的条件下反应2h，再加入催化剂，在真空条件下继续反应3h，得到混合物C；
S5、将混合物C和偶联剂加入捏合机中，搅拌40min，并升温保持高真空-0.05MPa，持续30min后，自然冷却，灭菌、包装，即可制得生物基复合材料。
实施例四
本实施例提出了一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法，制备方法包括以下步骤：
S1、准备以下重量份的原料：异山梨醇38份，1,3-丙二醇34份，二元羧酸12份，对苯二酚12份，阻聚剂6.4份，阻燃剂6.4份，亚磷酸4.2份，催化剂3.2份，偶联剂1.6份；
S2、将以上重量份的异山梨醇和二元羧酸在常压、反应温度为130℃的条件下进行脱水反应4h，然后在压力为150Pa、反应温度为150℃的条件下进行真空缩聚反应3.5h，降低温度至70℃并脱除反应体系中的水分，得到混合物A；
S3、将混合物A和偶联剂加入混合机中，在1150r/min的速度下，混合35min后，然后再同步加入1,3-丙二醇、阻燃剂，继续以175r/min的搅拌速度混合35min，得到混合物B；
S4、将以上重量份的对苯二酚、阻聚剂、亚磷酸加入真空箱中，在165℃的条件下反应2.5h，再加入催化剂，在真空条件下继续反应3.5h，得到混合物C；
S5、将混合物C和偶联剂加入捏合机中，搅拌45min，并升温保持高真空-0.048MPa，持续35min后，自然冷却，灭菌、包装，即可制得生物基复合材料。
实施例五
本实施例提出了一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法，制备方法包括以下步骤：
S1、准备以下重量份的原料：异山梨醇43份，1,3-丙二醇37份，二元羧酸14份，对苯二酚14份，阻聚剂8份，阻燃剂8份，亚磷酸5份，催化剂4份，偶联剂2份；
S2、将以上重量份的异山梨醇和二元羧酸在常压、反应温度为140℃的条件下进行脱水反应5h，然后在压力为1600Pa、反应温度为160℃的条件下进行真空缩聚反应4h，降低温度至90℃并脱除反应体系中的水分，得到混合物A；
S3、将混合物A和偶联剂加入混合机中，在1250r/min的速度下，混合40min后，然后再同步加入1,3-丙二醇、阻燃剂，继续以180r/min的搅拌速度混合40min，得到混合物B；
S4、将以上重量份的对苯二酚、阻聚剂、亚磷酸加入真空箱中，在180℃的条件下反应3h，再加入催化剂，在真空条件下继续反应4h，得到混合物C；
S5、将混合物C和偶联剂加入捏合机中，搅拌50min，并升温保持高真空-0.045MPa，持续40min后，自然冷却，灭菌、包装，即可制得生物基复合材料。
分别对上述实施例一～实施例五制备的生物基复合材料进行冲击韧性、磨耗量和阻燃等级进行检测，并与市场上的复合材料进行对比，检测结果如下：
Figure BDA0002462209540000081
Figure BDA0002462209540000091
综上可以得出，实施例三抗冲击能力和耐磨效果最好，并且阻燃等级均达到5VA，明显优于市场上的复合材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：
S1、准备以下重量份的原料：异山梨醇26～43份，1,3-丙二醇21～37份，二元羧酸5～14份，对苯二酚5～14份，阻聚剂2～8份，阻燃剂2～8份，亚磷酸2～5份，催化剂1～4份，偶联剂0.5～2份；
S2、将以上重量份的异山梨醇和二元羧酸在常压、反应温度为100～140℃的条件下进行脱水反应2～5h，然后在压力为1200～1600Pa、反应温度为120～160℃的条件下进行真空缩聚反应2～4h，降低温度至30～90℃并脱除反应体系中的水分，得到混合物A；
S3、将混合物A和偶联剂加入混合机中，在850～1250r/min的速度下，混合20～40min后，然后再同步加入1,3-丙二醇、阻燃剂，继续以160～180r/min的搅拌速度混合20～40min，得到混合物B；
S4、将以上重量份的对苯二酚、阻聚剂、亚磷酸加入真空箱中，在120～180℃的条件下反应1～3h，再加入催化剂，在真空条件下继续反应2～4h，得到混合物C；
S5、将混合物C和偶联剂加入捏合机中，搅拌30～50min，并升温保持高真空-0.05±0.005MPa，持续20～40min后，自然冷却，灭菌、包装，即可制得生物基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法，其特征在于，所述S1中，准备以下重量份的原料：异山梨醇30～40份，1,3-丙二醇25～32份，二元羧酸8～10份，对苯二酚7～12份，阻聚剂4～6份，阻燃剂4～6份，亚磷酸3～4份，催化剂2～3份，偶联剂1～1.5份。
3.根据权利要求1所述的一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法，其特征在于，所述S1中，准备以下重量份的原料：异山梨醇35份，1,3-丙二醇28份，二元羧酸9份，对苯二酚10份，阻聚剂5份，阻燃剂5份，亚磷酸3.5份，催化剂2.5份，偶联剂1.2份。
4.根据权利要求1所述的一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法，其特征在于，所述阻燃剂是氢氧化镁和/或氢氧化铝和/或剃的化合物和/或磷系和/或氮系和或/磷氮系。
5.根据权利要求1所述的一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法，其特征在于，所述阻聚剂和阻燃剂的质量比为1:1。
6.根据权利要求1所述的一种基于异山梨醇的生物基复合材料制备方法，其特征在于，所述二元羧酸为柠康酸或富马酸。
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