CN112979931A - 一种透明可降解共聚酯及其制备方法 - Google Patents

一种透明可降解共聚酯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种透明可降解共聚酯的制备方法,包括以下步骤:将对苯二甲酸、间苯二甲酸、丁二醇、交联剂和催化剂于200‑220℃、60‑80KPa真空条件下反应4‑6h,得物质A;将己二酸、丁二醇、交联剂和催化剂于160‑180℃、60‑80KPa真空条件下反应4‑6h,得物质B;将上述物质A和物质B于230‑245℃,小于100Pa真空条件下反应4‑5h,制得。该共聚酯可有效解决现有的共聚酯存在透明性差的问题。

Description

一种透明可降解共聚酯及其制备方法
技术领域
本发明涉及共聚酯技术领域,具体涉及一种透明可降解共聚酯及其制备方法。
背景技术
随着大量高分子材料的广泛应用和开发,这些材料虽然方便了人类的物质生活,但是使用后的废弃物(如各种包装材料,薄膜等)在自然环境里不能完成自然分解,导致了严重“白色污染”的出现。生物可降解聚酯材料是解决“白色污染”的有效途径。目前,已商业化的应用最广泛的生物可降解共聚酯为PBAT(聚对苯二甲酸/己二酸丁二醇酯),是由对苯二甲酸、己二酸和丁二醇通过熔融聚合得到的共聚酯。但是,由于PBAT是能够结晶的共聚酯,由于结晶导致其制品为半透明或不透明状,在需要透明的应用场所,如透明塑料袋,透明包装袋和包装盒等领域不能满足使用要求,制备透明生物可降解共聚酯,对于扩大生物可降解共聚酯材料的应用,具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术中的上述不足,本发明提供了一种透明可降解共聚酯及其制备方法,该共聚酯可有效解决现有的共聚酯存在透明性差的问题。
为实现上述目的,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种透明可降解共聚酯的制备方法,包括以下步骤:
(1)将对苯二甲酸、间苯二甲酸、丁二醇、交联剂和催化剂于200-220℃、60-80KPa真空条件下反应4-6h,得物质A;
(2)将己二酸、丁二醇、交联剂和催化剂于160-180℃、60-80KPa真空条件下反应4-6h,得物质B;
(3)将上述物质A和物质B于230-245℃,小于100Pa真空条件下反应4-5h,制得。
上述方案中,本发明中采用间苯二甲酸和交联剂作为改性单体,与对苯二甲酸、己二酸和丁二醇共同作为聚合原料,通过酯化、聚合反应制得透明的生物可降解共聚酯;其中,由于间苯二甲酸分子结构不对称,可以降低共聚酯的分子对称性,从而降低共聚酯的结晶能力,使得共聚酯具有透明的特性,同时,本发明中使用的交联剂为多元酸(酐),能够参与化学反应,使得得到的共聚酯大分子链中具有交联点,形成网络结构,限制分子自由运动的能力,进而导致结晶度进一步降低,增加共聚酯的透明度。此外,加入交联剂后,共聚酯的大分子之间形成网络结构,导致共聚酯在受外力拉伸时,承受外力的分子数量更多,从而能够显著提高材料的断裂强度,提高材料的热稳定性。
进一步地,己二酸和对苯二甲酸的摩尔比为4-5:5-6。
进一步地,间苯二甲酸占对苯二甲酸和己二酸总摩尔量的3-20%。
进一步地,步骤(1)中丁二醇占对苯二甲酸和间苯二甲酸总摩尔量的150-200%;步骤(2)中丁二醇占己二酸摩尔量的150-200%。
进一步地,步骤(1)中交联剂的使用量为对苯二甲酸和间苯二甲酸总摩尔量的1-10%;步骤(2)中交联剂的使用量为己二酸摩尔量的1-10%。
进一步地,交联剂包括均苯四酸酐、偏苯三酸酐、均苯四甲酸和偏苯三甲酸中的一种或多种。
进一步地,催化剂为改性钛酸四丁酯,其在步骤(1)中的使用量为物质A质量的0.01-0.1%,其在步骤(2)中的使用量为物质B质量的0.01-0.1%。
本发明所产生的有益效果为:
1、本发明中采用间苯二甲酸和交联剂作为改性单体,与对苯二甲酸、己二酸和丁二醇共同作为聚合原料,由于间苯二甲酸分子结构存在不对称性,可降低共聚酯的分子对称性,从而降低共聚酯的结晶能力,提高其透明度。加入交联剂,使得大分子链中具有交联点,形成网络结构,限制分子自由运动的能力,进而导致结晶度进一步降低,增加透明度,并能够显著提高材料的断裂强度。
2、本发明中分别制得酯化物A和酯化物B,然后再将两者进行熔融聚合,得到透明的可降解共聚酯,采用本发明中的方法,无需设置增粘聚合装置,就可以制得高分子量的共聚酯(MI=3),可减少设备的投入,减少生产工序。
3、本发明中反应温度更低,反应时间更短,反应过程中产生的副产物四氢呋喃量更少。
附图说明
图1为本发明的工艺示意图;
图2为交联剂的作用示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
一种透明可降解共聚酯,其制备方法为:
(1)将对苯二甲酸2mol、间苯二甲酸0.3mol、丁二醇4.5mol、均苯四甲酸0.18mol和改性钛酸四丁酯于210℃、70KPa真空条件下反应5h,得物质A,其中改性钛酸四丁酯的使用量占物质A预计重量的0.05wt%;
(2)将己二酸1.7mol、丁二醇3.4mol、均四苯甲酸0.14mol和改性钛酸四丁酯于170℃、70KPa真空条件下反应5h,得物质B,其中改性钛酸四丁酯的使用量占物质B预计重量的0.06wt%;
(3)将上述物质A和物质B于240℃,80Pa真空条件下反应5h,制得。
实施例2
一种透明可降解共聚酯,其制备方法为:
(1)将对苯二甲酸2mol、间苯二甲酸0.2mol、丁二醇3.9mol、均苯四甲酸0.1mol和改性钛酸四丁酯于220℃、60KPa真空条件下反应4h,得物质A,其中改性钛酸四丁酯的使用量占物质A预计重量的0.24wt%;
(2)将己二酸1.8mol、丁二醇3.4mol、均四苯甲酸0.1mol和改性钛酸四丁酯于180℃、60KPa真空条件下反应4h,得物质B,其中改性钛酸四丁酯的使用量占物质B预计重量的0.25wt%;
(3)将上述物质A和物质B于245℃,90Pa真空条件下反应5h,制得。
实施例3
一种透明可降解共聚酯,其制备方法为:
(1)将对苯二甲酸2mol、间苯二甲酸0.06mol、丁二醇2.52mol、均苯四甲酸0.022mol和改性钛酸四丁酯于200℃、80KPa真空条件下反应6h,得物质A,其中改性钛酸四丁酯的使用量占物质A预计重量的0.48wt%;
(2)将己二酸2mol、丁二醇3.2mol、均四苯甲酸0.02mol和改性钛酸四丁酯于160℃、80KPa真空条件下反应6h,得物质B,其中改性钛酸四丁酯的使用量占物质B预计重量的0.34wt%;
(3)将上述物质A和物质B于230℃,80Pa真空条件下反应5h,制得。
对比例1
一种透明可降解共聚酯,其制备方法为:
(1)将对苯二甲酸2mol、丁二醇4.5mol、均苯四甲酸0.18mol和改性钛酸四丁酯于210℃、70KPa真空条件下反应5h,得物质A,其中改性钛酸四丁酯的使用量占物质A预计重量的0.48wt%;
(2)将己二酸1.7mol、丁二醇3.4mol、均四苯甲酸0.14mol和改性钛酸四丁酯于170℃、70KPa真空条件下反应5h,得物质B,其中改性钛酸四丁酯的使用量占物质B预计重量的0.34wt%;
(3)将上述物质A和物质B于240℃,80Pa真空条件下反应5h,制得。
对比例2
一种透明可降解共聚酯,其制备方法为:
(1)将对苯二甲酸2mol、间苯二甲酸0.3mol、丁二醇4.5mol和改性钛酸四丁酯于210℃、70KPa真空条件下反应5h,得物质A,其中改性钛酸四丁酯的使用量占物质A预计重量的0.48wt%;
(2)将己二酸1.7mol、丁二醇3.4mol和改性钛酸四丁酯于170℃、70KPa真空条件下反应5h,得物质B,其中改性钛酸四丁酯的使用量占物质B预计重量的0.34wt%;
(3)将上述物质A和物质B于240℃,80Pa真空条件下反应5h,制得。
对比例3
一种透明可降解共聚酯,其制备方法为:
将对苯二甲酸2mol、丁二醇7.9mol、间苯二甲酸0.3mol、均苯四甲酸0.32mol、己二酸1.7mol和改性钛酸四丁酯于210℃、70KPa真空条件下反应5h,然后,240℃,80Pa真空条件下反应5h制得,其中改性钛酸四丁酯的使用量占共聚酯预计重量的0.82wt%。
试验例
分别对实施例1-3和对比例1-3制备过程中产生的四氢呋喃进行收集,并进行记录,具体结果见表1;并对制得的共聚酯的断裂强度和透光率进行检测,具体检测结果见表2。
断裂伸长率检测方法参照标准GB1043-79;
透光率检测方法参照GB2410-80;
表1:制备过程中四氢呋喃产量统计
四氢呋喃产量(wt%产品) 四氢呋喃降低率(%)
实施例1 7.5 33.0
实施例2 7.3 34.8
实施例3 7.2 35.7
对比例1 7.5 34.8
对比例2 7.5 35.9
对比例3 11.2 /
通过表中数据可以看出,按照实施例1-3中的方法制备共聚酯产生的四氢呋喃的产量远远低于对比例3中四氢呋喃的产量。
表2:共聚酯的性能检测结果
断裂强度(MPa) 透光率(%)
实施例1 22 85
实施例2 25 88
实施例3 27 90
对比例1 25 48
对比例2 17 54
对比例3 26 90
通过上表中的数据可知,按照本申请实施例1-3中的方法制得的共聚酯的断裂强度和透光率均优于对比例1-3中的共聚酯。
将对比例1与实施例3进行对比,取消了间苯二甲酸的添加后,所得的共聚酯的透光率下降,证明间苯二甲酸的加入可有效提升共聚酯的透光性。
将对比例2与实施例3进行对比,取消了交联剂的加入后,所得的共聚酯的透光性和断裂强度等性能均下降,证明交联剂的加入对共聚酯的性能有较大的影响。
将对比例3与实施例3进行对比,采用一步法制得共聚酯的过程中,副产物四氢呋喃的产量更高,证明本发明的工艺路线更优。

Claims (10)

1.一种透明可降解共聚酯的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将对苯二甲酸、间苯二甲酸、丁二醇、交联剂和催化剂于200-220℃、60-80KPa真空条件下反应4-6h,得物质A;
(2)将己二酸、丁二醇、交联剂和催化剂于160-180℃、60-80KPa真空条件下反应4-6h,得物质B;
(3)将上述物质A和物质B于230-245℃,小于100Pa真空条件下反应4-5h,制得。
2.如权利要求1所述的透明可降解共聚酯的制备方法,其特征在于,己二酸和对苯二甲酸的摩尔比为4-5:5-6。
3.如权利要求1所述的透明可降解共聚酯的制备方法,其特征在于,间苯二甲酸占对苯二甲酸和己二酸总摩尔量的3-20%。
4.如权利要求1所述的透明可降解共聚酯的制备方法,其特征在于,步骤(1)中丁二醇占对苯二甲酸和间苯二甲酸总摩尔量的150-200%。
5.如权利要求1所述的透明可降解共聚酯的制备方法,其特征在于,步骤(2)中丁二醇占己二酸摩尔量的150-200%。
6.如权利要求1所述的透明可降解共聚酯的制备方法,其特征在于,步骤(1)中交联剂的使用量为对苯二甲酸和间苯二甲酸总摩尔量的1-10%。
7.如权利要求1所述的透明可降解共聚酯的制备方法,其特征在于,步骤(2)中交联剂的使用量为己二酸摩尔量的1-10%。
8.如权利要求1所述的透明可降解共聚酯的制备方法,其特征在于,交联剂包括均苯四酸酐、偏苯三酸酐、均苯四甲酸和偏苯三甲酸中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的透明可降解共聚酯的制备方法,其特征在于,所述催化剂为改性钛酸四丁酯。
10.权利要求1-9中任一项所述方法制备得到的透明可降解共聚酯。
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