CN113929886B - 一种长链支化petg共聚酯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种长链支化PETG共聚酯及其制备方法，属于高分子技术领域。该长链支化PETG共聚酯中，构成主链和支链的重复结构单元均为共聚酯；其中，主链上的支化点为所述主链上聚酯重复结构单元中的叔碳原子。制备方法为：对苯二甲酸二甲酯(DMT)、乙二醇(EG)和1，4‑环己烷二甲醇(CHDM)以及支化剂均匀混合后，先进行酯化反应，后进行缩聚反应形成长链支化结构。与传统的PETG共聚酯相比，本发明支化结构的引入为线性聚酯材料提供了链之间的缠结相互作用，改善了传统线性聚酯存在的熔体强度低等问题，有效拓展其在挤出发泡、热成型、熔融纺丝以及3D打印等有效扩展领域的应用。

Description

一种长链支化PETG共聚酯及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子技术领域，涉及一种长链支化PETG共聚酯及其制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇-1，4环己烷二甲醇共聚酯，简称PETG，是一种新型的非晶聚酯类材料。其相对于其他聚酯材料而言十分环保，所以被广泛应用于食品塑料包装领域。除了环保的优点外，PETG共聚酯还具有良好的耐热性，可以充当高温材料的容器。由此可见，PETG共聚酯的出现不仅给化工企业的发展提供了便利，更加丰富了人们的日常生活，因此，对PETG共聚酯的生产和性能研究显得尤为重要，应当受到人们的高度重视。
但是，PETG共聚酯作为一种新兴材料并非尽善尽美，它具有聚酯类的高分子固有的缺点，如熔体强度低，熔体弹性弱，拉伸流动时应变软化等，进而影响了线型PETG在挤出发泡、热成型、熔融纺丝以及3D打印等领域的应用。除此以外，PETG共聚酯还有热变形温度低等缺点，这些因素制约了PETG共聚酯的进一步推广和应用。因此，通过制备和改性等手段有效改善PETG熔体流变行为、提高力学性能和热变形温度是近年来高分子科学家们所面临的重要问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种长链支化共聚酯及其制备方法。
本发明采用的技术方案为：
一种长链支化PETG共聚酯，所述共聚酯由二元酯组分A，二元醇组分B、C，多官能度支化剂组分D通过酯化缩聚反应制得，其构成主链和支链的重复结构单元均为共聚酯，在合成过程中加入含有多个可以形成酯键的官能团物质来引入支链，其中，主链上的支化点为主链上聚酯重复结构单元中的叔碳原子。所述长链支化PETG共聚酯的制备原料中：二元醇组分B、C与二元酯组分A的投料摩尔比为1.1/1～2.4/1，二元醇组分C的投料摩尔占比总醇B、C的5～30％，多官能度支化剂组分D用量为二元醇组分B、C物质量的0.1～5％。
所述的长链支化共聚酯的数均分子量为18000～100000g/mol，重均分子量为40000～1000000g/mol，分子量分布为1.5～6.0。
一种长链支化PETG共聚酯的制备方法，包括如下步骤：
将二元酯组分A，二元醇组分B、C，多官能度支化剂组分D和酯化催化剂加入反应容器中，其中，酯化催化剂用量为组分A的物质量的0.01～0.5％。在140℃和常压下搅拌1小时至原料混合均匀，在180～195℃和常压下反应l～4小时后，加入缩聚催化剂继续进行反应，其中，缩聚催化剂的加入用量为组分A的物质量的0.01～0.5％，在230～260℃、50～600Pa下进行缩聚反应l～5小时，得到长链支化共聚酯。
进一步的，所述二元酯组分A为对苯二甲酸二甲酯，所述二元醇组分B为乙二醇，所述二元醇组分C为1，4环己烷二甲醇，所述多官能度支化剂组分D为丙三醇或三羟甲基丙烷。
进一步的，所述的酯化催化剂为钛酸四丁酯、钛酸异丁酯、醋酸锌的一种或两种以上。
进一步的，所述的缩聚催化剂为钛酸四丁酯、醋酸锌的一种或两种以上。
兙俥本发明的有益效果在于：
本发明首次以聚对苯二甲酸乙二醇-1，4环己烷二甲醇共聚酯(PETG)为基体，设计一种长链支化PETG共聚酯，合成方法简单，反应条件易控制。本发明制备出的聚酯具有优异的物理机械性能，支化结构的引入为线性聚酯材料提供了链之间的缠结相互作用，具有更好的熔体强度和撕裂强度，能够显著改善传统线性聚酯存在的熔体强度低等问题，有效拓展其在挤出发泡、热成型、熔融纺丝以及3D打印等有效扩展领域的应用。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。
下述实施例中所使用的实验方法和计算方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。本发明实施例中使用的性能测试仪器：微观结构采用核磁共振波谱测试、分子量及其分子量分布采用凝胶渗透色谱仪(GPC)测试。
实施例l
将38.84g对苯二甲酸二甲酯(DMT)，12.97g乙二醇(EG)，1.59g蒸馏过的1，4环己烷二甲醇(CHDM)以及0.021g支化剂丙三醇制备酯化产物，其中共聚酯的CHDM含量是总二元醇含量的5％(摩尔)，总二元醇与对苯二甲酸二甲酯的摩尔比为1.1：1，支化剂丙三醇是总二醇摩尔量的0.1％。将DMT、EG和CHDM和支化剂放入事先干燥好的100mL四口烧瓶中，接好冷凝装置和机械搅拌装置，将温度计安装好，加入酯化催化剂钛酸四丁酯0.0068g，催化剂用量为DMT物质量的0.01％，油浴加热在140℃搅拌1小时，将DMT与二醇以及支化剂熔融搅拌至混合均匀。在180℃和氮气出入速率为0.5L/min下酯化脱水4小时，即得对苯二甲酸乙二醇-1，4环己烷二甲醇酯化产物。
酯化反应完成后，加入缩聚催化剂钛酸四丁酯0.2215g，催化剂用量为DMT物质量的0.5％，将反应逐渐升温至260℃，压力逐渐下降至50Pa，缩聚反应1小时，得到重均分子量为5.2万的长链支化共聚酯，产物呈透明无色，稍微发黄。
实施例2
将38.84g对苯二甲酸二甲酯(DMT)，30.94g乙二醇(EG)，20.85g蒸馏过的1，4环己烷二甲醇(CHDM)以及1.326g支化剂丙三醇制备酯化产物，其中共聚酯的CHDM含量是总二元醇含量的30％(摩尔)，总二元醇与对苯二甲酸二甲酯的摩尔比为2.4：1，支化剂丙三醇是总二醇摩尔量的3％。将DMT、EG和CHDM和支化剂放入事先干燥好的100mL四口烧瓶中，接好冷凝装置和机械搅拌装置，将温度计安装好，加入酯化催化剂钛酸四丁酯0.2041g，催化剂用量为DMT物质量的0.3％，油浴加热在140℃搅拌1小时，将DMT与二醇以及支化剂熔融搅拌至混合均匀。在195℃和氮气出入速率为0.5L/min下酯化脱水2小时，即得对苯二甲酸乙二醇-1，4环己烷二甲醇酯化产物。
酯化反应完成后，加入缩聚催化剂钛酸四丁酯0.0068g，催化剂用量为DMT物质量的0.01％，将反应逐渐升温至230℃，压力逐渐下降至600Pa，缩聚反应5小时，得到重均分子量为6.5万的长链支化共聚酯，产物呈透明无色。
实施例3
将38.84g对苯二甲酸二甲酯(DMT)，23.21g乙二醇(EG)，9.52g蒸馏过的1，4环己烷二甲醇(CHDM)以及2.026g支化剂丙三醇制备酯化产物，其中共聚酯的CHDM含量是总二元醇含量的15％(摩尔)，总二元醇与对苯二甲酸二甲酯的摩尔比为2.2：1，支化剂丙三醇是总二醇摩尔量的5％。将DMT、EG和CHDM和支化剂放入事先干燥好的100mL四口烧瓶中，接好冷凝装置和机械搅拌装置，将温度计安装好，加入酯化催化剂醋酸锑0.2215g，催化剂用量为DMT物质量的0.5％，油浴加热在140℃搅拌1小时，将DMT与二醇以及支化剂熔融搅拌至混合均匀。在190℃和氮气出入速率为0.5L/min下酯化脱水1小时，即得对苯二甲酸乙二醇-1，4环己烷二甲醇酯化产物。
酯化反应完成后，加入缩聚催化剂醋酸锑0.1329g，催化剂用量为DMT物质量的0.3％，将反应逐渐升温至250℃，压力逐渐下降至400Pa，缩聚反应4小时，得到重均分子量为10.9万的长链支化共聚酯，产物呈透明无色，稍微发黄。
实施例4
将38.84g对苯二甲酸二甲酯(DMT)，23.21g乙二醇(EG)，9.52g蒸馏过的1，4环己烷二甲醇(CHDM)以及2.952g支化剂三羟甲基丙烷制备酯化产物，其中共聚酯的CHDM含量是总二元醇含量的15％(摩尔)，总二元醇与对苯二甲酸二甲酯的摩尔比为2.2：1，支化剂三羟甲基丙烷是总二醇摩尔量的5％。将DMT、EG和CHDM和支化剂放入事先干燥好的100mL四口烧瓶中，接好冷凝装置和机械搅拌装置，将温度计安装好，加入酯化催化剂醋酸锑0.2215g，催化剂用量为DMT物质量的0.5％，油浴加热在140℃搅拌1小时，将DMT与二醇以及支化剂熔融搅拌至混合均匀。在190℃和氮气出入速率为0.5L/min下酯化脱水1小时，即得对苯二甲酸乙二醇-1，4环己烷二甲醇酯化产物。
酯化反应完成后，加入缩聚催化剂钛酸异丁酯0.2041g，催化剂用量为DMT物质量的0.3％，将反应逐渐升温至250℃，压力逐渐下降至400Pa，缩聚反应4小时，得到重均分子量为9.8万的长链支化共聚酯，产物呈透明无色，稍微发黄。
实施例5
将38.84g对苯二甲酸二甲酯(DMT)，17.38g乙二醇(EG)，17.31g蒸馏过的1，4环己烷二甲醇(CHDM)以及0.368g支化剂丙三醇制备酯化产物，其中共聚酯的CHDM含量是总二元醇含量的30％(摩尔)，总二元醇与对苯二甲酸二甲酯的摩尔比为2.0：1，支化剂丙三醇是总二醇摩尔量的1％。将DMT、EG和CHDM和支化剂放入事先干燥好的100mL四口烧瓶中，接好冷凝装置和机械搅拌装置，将温度计安装好，加入酯化催化剂钛酸异丁酯0.1361g，催化剂用量为DMT物质量的0.2％，油浴加热在140℃搅拌1小时，将DMT与二醇以及支化剂熔融搅拌至混合均匀。在185℃和氮气出入速率为0.5L/min下酯化脱水3小时，即得对苯二甲酸乙二醇-1，4环己烷二甲醇酯化产物。
酯化反应完成后，加入缩聚催化剂钛酸四丁酯0.0068g，催化剂用量为DMT物质量的0.01％，将反应逐渐升温至250℃，压力逐渐下降至200Pa，缩聚反应3小时，得到重均分子量为8.5万的长链支化共聚酯，产物呈透明无色，稍微发黄。
实施例6
将38.84g对苯二甲酸二甲酯(DMT)，19.86g乙二醇(EG)，11.54g蒸馏过的1，4环己烷二甲醇(CHDM)以及1.181g支化剂三羟甲基丙烷制备酯化产物，其中共聚酯的CHDM含量是总二元醇含量的30％(摩尔)，总二元醇与对苯二甲酸二甲酯的摩尔比为2.2：1，支化剂三羟甲基丙烷是总二醇摩尔量的2％。将DMT、EG和CHDM和支化剂放入事先干燥好的100mL四口烧瓶中，接好冷凝装置和机械搅拌装置，将温度计安装好，加入酯化催化剂醋酸锑0.1361g，催化剂用量为DMT物质量的0.2％，油浴加热在140℃搅拌1小时，将DMT与二醇以及支化剂熔融搅拌至混合均匀。在190℃和氮气出入速率为0.5L/min下酯化脱水1小时，即得对苯二甲酸乙二醇-1，4环己烷二甲醇酯化产物。
酯化反应完成后，加入缩聚催化剂醋酸锑0.0068g，催化剂用量为DMT物质量的0.01％，将反应逐渐升温至250℃，压力逐渐下降至200Pa，缩聚反应4小时，得到重均分子量为10万的长链支化共聚酯，产物呈透明无色，稍微发黄。
实施例7
将38.84g对苯二甲酸二甲酯(DMT)，19.86g乙二醇(EG)，11.54g蒸馏过的1，4环己烷二甲醇(CHDM)以及0.886g支化剂三羟甲基丙烷制备酯化产物，其中共聚酯的CHDM含量是总二元醇含量的30％(摩尔)，总二元醇与对苯二甲酸二甲酯的摩尔比为2.2：1，支化剂三羟甲基丙烷是总二醇摩尔量的1.5％。将DMT、EG和CHDM和支化剂放入事先干燥好的100mL四口烧瓶中，接好冷凝装置和机械搅拌装置，将温度计安装好，加入酯化催化剂钛酸四丁酯0.0544g，催化剂用量为DMT物质量的0.08％，油浴加热在140℃搅拌1小时，将DMT与二醇以及支化剂熔融搅拌至混合均匀。在190℃和氮气出入速率为0.5L/min下酯化脱水1小时，即得对苯二甲酸乙二醇-1，4环己烷二甲醇酯化产物。
酯化反应完成后，加入缩聚催化剂醋酸锑0.1329g，催化剂用量为DMT物质量的0.3％，将反应逐渐升温至250℃，压力逐渐下降至400Pa，缩聚反应4小时，得到重均分子量为9.7万的长链支化共聚酯，产物呈透明无色，稍微发黄。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种长链支化PETG共聚酯，其特征在于，所述共聚酯由二元酯组分A，二元醇组分B、C，多官能度支化剂组分D通过酯化缩聚反应制得，其构成主链和支链的重复结构单元均为共聚酯，在合成过程中加入含有多个可以形成酯键的官能团物质来引入支链，其中，主链上的支化点为主链上聚酯重复结构单元中的叔碳原子；所述长链支化PETG共聚酯的制备原料中：二元醇组分B、C与二元酯组分A的投料摩尔比为1.1/1～2.4/1，二元醇组分C的投料摩尔占比总醇B、C的5～30％，多官能度支化剂组分D用量为二元醇组分B、C物质量的0.1～5％；所述的二元酯组分A为对苯二甲酸二甲酯；所述的二元醇组分B为乙二醇，所述二元醇组分C为1，4环己烷二甲醇；所述的多官能度支化剂组分D为丙三醇或三羟甲基丙烷。
2.根据权利要求1所述的一种长链支化PETG共聚酯，其特征在于，所述的长链支化PETG共聚酯的数均分子量为18000～100000g/mol，重均分子量为40000～1000000g/mol，分子量分布为1.5～6.0。
3.一种权利要求1或2所述的长链支化PETG共聚酯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先，将二元酯组分A，二元醇组分B、C，多官能度支化剂组分D和酯化催化剂加入反应容器中，其中，酯化催化剂用量为组分A的物质量的0.01～0.5％；其次，在140℃和常压下搅拌1小时至原料混合均匀后，在180～195℃和常压下反应l～4小时；最后，再反应体系中加入缩聚催化剂继续进行反应，在230～260℃、50～600Pa下进行缩聚反应l～5小时，得到长链支化共聚酯，其中，缩聚催化剂的加入用量为组分A的物质量的0.01～0.5％。
4.一种权利要求3所述的长链支化PETG共聚酯的制备方法，其特征在于，所述的酯化催化剂为钛酸四丁酯、钛酸异丁酯、醋酸锌的一种或两种以上。
5.一种权利要求3所述的长链支化PETG共聚酯的制备方法，其特征在于，所述的缩聚催化剂为钛酸四丁酯、醋酸锌的一种或两种以上。
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