CN115044023A - 封端pbs及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及一种封端PBS及其制备方法,属于高分子材料技术领域。
背景技术
近年来,随着社会的发展,对环保问题越来越重视。由于传统塑料具有不可降解性,对环境造成了严重的污染,所以其应用受到了严重的限制。目前,生物可降解塑料受到了社会的广泛关注。聚丁二酸丁二醇酯(PBS)作为脂肪族生物可降解塑料,由于其链段的特殊性,PBS能够被自然界微生物完全分解为CO2和H2O。近年来,研究PBS成为可降解塑料领域研究的热点。
现有的PBS性能存在一些缺陷与不足,例如水解过快导致不宜存放太久。从而直接影响其应用前景。克服PBS水解过快的缺陷,将进一步扩大其应用前景,具有非常重要的意义。
张昌辉,翟文举,寇莹.不同端基PBS的合成与降解性研究[J].塑料工业,2009(10):3.公开了利用熔融溶液相结合的方法,调节反应物比例得到了不同端基的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)。利用滴定法测定不同样品的羧基值,用乌氏黏度计测定不同样品的特性黏度,降解实验测定降解率随时间的变化情况。结果显示,特性黏度大小的顺序是:等物质的量比>羧基封端>羟基封端,羧值大小的顺序是:羧基封端>等物质的量比>羟基封端,降解率大小的顺序是:羟基封端>羧基封端>等物质的量比。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种新的封端PBS。
为达到本发明的第一个目的,所述封端PBS的结构式如下式I所示:
所述n≥100。
在一种具体实施方式中,所述封端PBS的制备方法包括:
a.开环酯化:将丁二酸酐和1,4-丁二醇混合,在惰性气体氛围下升温至150~160℃进行开环酯化反应2~2.5h;再加入苯甲醇在170~180℃继续酯化1~1.5h;
b.缩聚:在a步骤反应结束后,加入催化剂后升温至220~240℃,在压力400~50Pa的条件下反应1.5~2h后得到封端PBS。
所述惰性气体指不与反应体系反应的气体,例如氮气。
在一种具体实施方式中,所述1,4-丁二醇与丁二酸酐的醇酸摩尔比为1~1.15:1;所述苯甲醇的加入量优选为理论产量的0.1~0.3wt%。
在一种具体实施方式中,所述方法还包括将a步骤反应产生的水排出反应体系后再进行b步骤。
在一种具体实施方式中,所述催化剂为钛酸正丁酯或钛酸四异丙酯的一种。
在一种具体实施方式中,所述催化剂的用量为反应理论产量的50~100ppm。
在一种具体实施方式中,所述封端PBS的端羧基含量23mol/t以下,优选端羧基含量15~23mol/t。
本发明的第二个目的是提供一种上述封端PBS的一种制备方法。
为达到本发明的第二个目的,所述封端PBS的制备方法包括:
a.开环酯化:将丁二酸酐和1,4-丁二醇混合,在惰性气体氛围下升温至150~160℃进行开环酯化反应2~2.5h;再加入苯甲醇在170~180℃继续酯化1~1.5h;所述方法优选还包括将a步骤反应产生的水排出反应体系后再进行b步骤;
b.缩聚:在a步骤反应结束后,加入催化剂后升温至220~240℃,在压力400~50Pa的条件下反应1.5~2h后得到封端PBS。
在一种具体实施方式中,所述1,4-丁二醇与丁二酸酐的醇酸摩尔比为1~1.15:1;所述苯甲醇的加入量优选为理论产量的0.1~0.3wt%。
在一种具体实施方式中,所述催化剂为钛酸正丁酯或钛酸四异丙酯的一种;所述催化剂的用量优选为反应理论产量的50~100ppm。
有益效果:
(1)本发明的封端PBS水解慢。
(2)本发明提供的一种封端PBS的制备方法通过丁二酸酐与1,4-丁二醇进行开环酯化,再加入封端单体苯甲醇,将反应过程中的端羧基充分反应掉得到封端PBS,实验简单可控。
(3)本发明引入的苯甲醇,如果过量,能在缩聚阶段的负压环境下被带出体系,有利于反应正向进行。
附图说明
图1为本发明实施例1的反应流程图。
图2为本发明PBS的1HNMR图谱。
图3为本发明PBS-3的1HNMR图谱。
具体实施方式
为达到本发明的第一个目的,所述封端PBS的结构式如下式I所示:
所述n≥100。
在一种具体实施方式中,所述封端PBS的制备方法包括:
a.开环酯化:将丁二酸酐和1,4-丁二醇混合,在惰性气体氛围下升温至150~160℃进行开环酯化反应2~2.5h;再加入苯甲醇在170~180℃继续酯化1~1.5h;
b.缩聚:在a步骤反应结束后,加入催化剂后升温至220~240℃,在压力400~50Pa的条件下反应1.5~2h后得到封端PBS。
所述惰性气体指不与反应体系反应的气体,例如氮气。
在一种具体实施方式中,所述1,4-丁二醇与丁二酸酐的醇酸摩尔比为1~1.15:1;所述苯甲醇的加入量优选为理论产量的0.1~0.3wt%。
在一种具体实施方式中,所述方法还包括将a步骤反应产生的水排出反应体系后再进行b步骤。
在一种具体实施方式中,所述催化剂为钛酸正丁酯或钛酸四异丙酯的一种。
在一种具体实施方式中,所述催化剂的用量为反应理论产量的50~100ppm。
在一种具体实施方式中,所述封端PBS的端羧基含量23mol/t以下,优选端羧基含量15~23mol/t。
为达到本发明的第二个目的,所述封端PBS的制备方法包括:
a.开环酯化:将丁二酸酐和1,4-丁二醇混合,在惰性气体氛围下升温至150~160℃进行开环酯化反应2~2.5h;再加入苯甲醇在170~180℃继续酯化1~1.5h;所述方法优选还包括将a步骤反应产生的水排出反应体系后再进行b步骤;
b.缩聚:在a步骤反应结束后,加入催化剂后升温至220~240℃,在压力400~50Pa的条件下反应1.5~2h后得到封端PBS。
在一种具体实施方式中,所述1,4-丁二醇与丁二酸酐的醇酸摩尔比为1~1.15:1;所述苯甲醇的加入量优选为理论产量的0.1~0.3wt%。
在一种具体实施方式中,所述催化剂为钛酸正丁酯或钛酸四异丙酯的一种;所述催化剂的用量优选为反应理论产量的50~100ppm。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述,并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
在氮气氛围下,向装有搅拌器、温度计、分水器和球形冷凝管的反应系统中投入丁二酸酐和1,4-丁二醇。其中丁二酸酐的用量为1.5mol,1,4-丁二醇与丁二酸酐摩尔比为1.1:1,即丁二酸酐为150.1g,1,4-丁二醇为148.7g,在氮气氛围下升温160℃进行开环酯化反应并脱出水,温度达到160℃后酯化2h,然后加入0.26g苯甲醇(0.1wt%)升温至180℃继续酯化1h;
接着加入催化剂钛酸正丁酯175μL,其用量为反应理论产量的100ppm,然后升温至230℃,在压力100Pa的条件下进行缩聚反应,反应2h后,得到产物PBS-1。
实施例2
在氮气氛围下,向装有搅拌器、温度计、分水器和球形冷凝管的反应系统中投入丁二酸酐和1,4-丁二醇。其中丁二酸酐的用量为1.5mol,1,4-丁二醇与丁二酸酐摩尔比为1.1:1,即丁二酸酐为150.1g,1,4-丁二醇为148.7g,在氮气气体氛围下升温160℃进行开环酯化反应并脱出水,温度达到160℃后酯化2h,然后加入0.52g苯甲醇(0.2wt%)升温至180℃继续酯化1h;
接着加入催化剂钛酸正丁酯175μL,其用量为反应理论产量的100ppm,然后升温至230℃,在压力100Pa的条件下进行缩聚反应,反应2h后,得到产物PBS-2。
实施例3
在氮气氛围下,向装有搅拌器、温度计、分水器和球形冷凝管的反应系统中投入丁二酸酐和1,4-丁二醇。其中丁二酸酐的用量为1.5mol,1,4-丁二醇与丁二酸酐摩尔比为1.1:1,即丁二酸酐为150.1g,1,4-丁二醇为148.7g,在氮气气体氛围下升温160℃进行开环酯化反应并脱出水,温度达到160℃后酯化2h,然后加入0.78g苯甲醇(0.3wt%)升温至180℃继续酯化1h;
接着加入催化剂钛酸正丁酯175μL,其用量为反应理论产量的100ppm,然后升温至230℃,在压力100Pa的条件下进行缩聚反应,反应2h后,得到产物PBS-3。PBS-3核磁图详见图3。
由图3可见,PBS-3的结式为:
对比例1
在氮气氛围下,向装有搅拌器、温度计、分水器和球形冷凝管的反应系统中投入丁二酸酐和1,4-丁二醇。其中丁二酸酐的用量为1.5mol,1,4-丁二醇与丁二酸酐摩尔比为1.1:1,即丁二酸酐为150.1g,1,4-丁二醇为148.7g,在氮气气体氛围下升温160℃进行开环酯化反应并脱出水,温度达到160℃后酯化2h,然后升温至180℃继续酯化1h;
接着加入加入催化剂钛酸正丁酯175μL,其用量为反应理论产量的100ppm,然后升温至230℃,在压力100Pa的条件下进行缩聚反应,反应2h后,得到产物PBS。PBS核磁图详见图2。
由图2可见,PBS的结式为:
实施例1-3与对比例1特性粘度结果如下表1所示:
表1 实施例1-3与对比例1的特性粘度
聚合物 | 苯甲醇/g | [η]/dL/g |
PBS-1 | 0.26 | 1.08 |
PBS-2 | 0.52 | 1.10 |
PBS-3 | 0.78 | 1.15 |
PBS | 0 | 1.12 |
实施例1-3与对比例1的端羧基含量结果如下表2所示:
表2 实施例1-3与对比例1的端羧基含量结果
聚合物 | 苯甲醇/g | 端羧基含量/mol/t |
PBS-1 | 0.26 | 23 |
PBS-2 | 0.52 | 18 |
PBS-3 | 0.78 | 15 |
PBS | 0 | 48 |
实施例1-3与对比例1的PBS分别放入pH为7的PBS磷酸盐缓冲液并在烘箱50℃保温处理,一个月后称取重量计算,水解结果如下表3所示:
表3 实施例1-3与对比例1的水解含量结果
聚合物 | 苯甲醇/g | 初始重量/g | 一个月后重量/g |
PBS-1 | 0.26 | 10 | 9.92 |
PBS-2 | 0.52 | 10 | 9.95 |
PBS-3 | 0.78 | 10 | 9.96 |
PBS | 0 | 10 | 9.63 |
。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的封端PBS,其特征在于,所述封端PBS的制备方法包括:
a.开环酯化:将丁二酸酐和1,4-丁二醇混合,在惰性气体氛围下升温至150~160℃进行开环酯化反应2~2.5h;再加入苯甲醇在170~180℃继续酯化脱水1~1.5h;
b.缩聚:在a步骤反应结束后,加入催化剂后升温至220~240℃,在压力400~50Pa的条件下反应1.5~2h后得到封端PBS。
3.根据权利要求2所述的封端PBS,其特征在于,所述1,4-丁二醇与丁二酸酐的醇酸摩尔比为1~1.15:1;所述苯甲醇的加入量优选为理论产量的0.1~0.3wt%。
4.根据权利要求2所述的封端PBS,其特征在于,所述方法还包括将a步骤反应产生的水排出反应体系后再进行b步骤。
5.根据权利要求2所述的封端PBS,其特征在于,所述催化剂为钛酸正丁酯或钛酸四异丙酯的一种。
6.根据权利要求2所述的封端PBS,其特征在于,所述催化剂的用量为反应理论产量的50~100ppm。
7.根据权利要求2所述的封端PBS,其特征在于,所述封端PBS的端羧基含量23mol/t以下,优选端羧基含量15~23mol/t。
8.如权利要求1~7任一项所述的封端PBS的制备方法,其特征在于,所述封端PBS的制备方法包括:
a.开环酯化:将丁二酸酐和1,4-丁二醇混合,在惰性气体氛围下升温至150~160℃进行开环酯化反应2~2.5h;再加入苯甲醇在170~180℃继续酯化1~1.5h;所述方法优选还包括将a步骤反应产生的水排出反应体系后再进行b步骤;
b.缩聚:在a步骤反应结束后,加入催化剂后升温至220~240℃,在压力400~50Pa的条件下反应1.5~2h后得到封端PBS。
9.根据权利要求8所述的封端PBS的制备方法,其特征在于,所述1,4-丁二醇与丁二酸酐的醇酸摩尔比为1~1.15:1;所述苯甲醇的加入量优选为理论产量的0.1~0.3wt%。
10.根据权利要求8所述的封端PBS的制备方法,其特征在于,所述催化剂为钛酸正丁酯或钛酸四异丙酯的一种;所述催化剂的用量优选为反应理论产量的50~100ppm。
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