本發明屬于聚酯材料制備,具體涉及一種橋環醇脂肪族聚酯共聚物及其制備方法和應用。
背景技術:
1、脂肪族聚酯是一種高性能聚合物,其在薄膜、板材等多種材料中具有廣泛的應用前景,但是,脂肪族聚酯結構中含有酯基和柔性鏈狀線性結構,這使得聚合物中存在熱性能差、阻隔性差和機械性能性差等缺陷,限制了脂肪族聚酯材料的應用范圍。
2、為了拓展脂肪族聚酯材料的應用領域,研究人員對脂肪族聚酯材料進行了一系列增強改性。現有技術,有研究者將異山梨醇、呋喃環和噻吩環等剛性鏈段單體引入到脂肪族聚酯分子鏈中來改善聚合物熱穩定性和結晶性能;還有研究者將無機納米粒子,如氧化鎂、氧化鋅分散到脂肪族聚酯基體中,從而獲得綜合性能優異的納米復合材料。但是上述改性方法均是采用傳統的共聚、共混和復合等方式來改善脂肪族聚酯材料熱性能、結晶性能,其無法提高脂肪族聚酯材料的阻隔性能和機械性能。因此,需要開發一種能夠提高阻隔性能和熱性能的脂肪族聚酯。
技術實現思路
1、針對現有技術中存在的一些不足,本發明提供了一種橋環醇脂肪族聚酯共聚物及其制備方法和應用;本發明將共聚單體三環癸烷二甲醇引入脂肪族聚酯結構來制備橋環醇脂肪族聚酯共聚物,通過橋環結構來改善橋環醇脂肪族聚酯共聚物機械性能、熱性能和氣體阻隔性能;所述橋環醇脂肪族聚酯共聚物可生物降解,其透過系數可以達到1.6×10-13(g.cm2.s.pa),聚酯共聚物初始分解溫度達到380℃以上,具有良好的熱穩定性;所述橋環醇脂肪族聚酯共聚物在高力學性能,氣體阻隔生物降解材料領域具有很高的應用價值。
2、為了達到上述技術目的,本發明采用以下技術手段。
3、本發明首先提供了一種橋環醇脂肪族聚酯共聚物,所述橋環醇脂肪族聚酯共聚物的結構式為:
4、;
5、其中,x表示脂肪族聚酯單元占橋環醇脂肪族聚酯共聚物的摩爾百分比含量,x=70-95%;
6、1-x表示三環癸烷二甲醇占橋環醇脂肪族聚酯共聚物的摩爾百分比含量,1-x=5-30%。
7、本發明還提供了上述橋環醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法,所述制備方法包括:
8、(1)在惰性氣體保護中將脂肪族二元酸、1,4丁二醇和共聚單體三環癸烷二甲醇混合,在酯化催化劑的作用下完成酯化反應,反應結束后去除副產物,得到橋環共聚酯預聚物;
9、(2)將橋環聚酯預聚物在縮聚催化劑作用下進行縮聚反應,反應結束后得到所述橋環醇脂肪族聚酯共聚物。
10、優選地,步驟(1)中,所述脂肪族二元酸包括乙二酸、1,3-丙二酸、1,4-丁二酸、1,5-戊二酸、1,6-己二酸、1,8-辛二酸、1,9-壬二酸或1,10-癸二酸中的任一種
11、優選地,步驟(1)中,所述酯化催化劑包括金屬氧化物、金屬碳酸鹽、金屬醋酸鹽、錫類有機化合物或鈦系有機化合物中的一種或多種。
12、優選地,步驟(1)中,所述脂肪族二元酸和1,4丁二醇的物質的量比為1.2:1;
13、所述酯交換催化劑的用量為脂肪族二元酸用量的0.1?mol?%。
14、優選地,步驟(1)中,所述酯化反應的條件為在150-190℃下反應3-6小時。
15、優選地,步驟(2)中,所述縮聚催化劑包括金屬氧化物、金屬碳酸鹽、金屬醋酸鹽、錫類有機化合物或鈦類有機化合物中的一種或多種。
16、優選地,步驟(2)中,所述縮聚反應催化劑的用量為脂肪族二元酸的0.1mol%;
17、所述縮聚反應的條件為:在220-240℃、壓強小于200pa的真空環境中反應5-8小時。
18、優選地,所述橋環醇脂肪族聚酯共聚物中,三環癸烷二甲醇的摩爾百分比為5-30%,
19、本發明還提供了上述橋環醇脂肪族聚酯共聚物在制備高氣體阻隔生物降解材料或包裝材料中的應用。
20、與現有技術相比,本發明的有益效果在于:
21、本發明將共聚單體三環癸烷二甲醇引入脂肪族聚酯結構中,從而獲得一種可生物降解的橋環醇脂肪族聚酯共聚物。本發明通過引入橋環結構來增強脂肪族聚酯熱性能、機械性能和氣體阻隔性能,從而獲得具有優異的熱性能、氣體阻隔性能和機械性能的橋環醇脂肪族聚酯共聚物。
22、本發明所述橋環醇脂肪族聚酯共聚物具有優秀的熱性能和機械性能,其透過系數可以達到1.6×10-13(g.cm2.s.pa),聚酯共聚物初始分解溫度達到380℃以上,具有良好的熱穩定性;機械性能中,其斷裂伸長率達到850%,在高力學性能,氣體阻隔生物降解材料領域具有很高的應用價值,可用于制備高氣體阻隔生物降解材料或包裝材料。
23、本發明所述橋環醇脂肪族聚酯共聚物制備方法具有操作簡單、原料易得和反應過程與聚合物結構易于控制的優點,可大規模工業應用。
1.一種橋環醇脂肪族聚酯共聚物,其特征在于,所述橋環醇脂肪族聚酯共聚物的結構式為:
2.權利要求1所述的橋環醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法,其特征在于,所述制備方法包括:
3.根據權利要求2所述的橋環醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法,其特征在于,步驟(1)中,所述脂肪族二元酸包括乙二酸、1,3-丙二酸、1,4-丁二酸、1,5-戊二酸、1,6-己二酸、1,8-辛二酸、1,9-壬二酸或1,10-癸二酸中的任一種。
4.根據權利要求2所述的橋環醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法,其特征在于,步驟(1)中,所述酯化催化劑包括金屬氧化物、金屬碳酸鹽、金屬醋酸鹽、錫類有機化合物或鈦系有機化合物中的一種或多種。
5.根據權利要求2所述的橋環醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法,其特征在于,步驟(1)中,所述脂肪族二元酸和1,4丁二醇的物質的量比為1.2:1;
6.根據權利要求2所述的橋環醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法,其特征在于,步驟(1)中,所述酯化反應的條件為在150-190℃下反應3-6小時。
7.根據權利要求2所述的橋環醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法,其特征在于,步驟(2)中,所述縮聚催化劑包括金屬氧化物、金屬碳酸鹽、金屬醋酸鹽、錫類有機化合物或鈦類有機化合物中的一種或多種。
8.根據權利要求2所述的橋環醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法,其特征在于,步驟(2)中,所述縮聚反應催化劑的用量為脂肪族二元酸的0.1mol%;
9.根據權利要求2所述的橋環醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法,其特征在于,所述橋環醇脂肪族聚酯共聚物中,三環癸烷二甲醇的摩爾百分比為5-30%。
10.權利要求1所述的橋環醇脂肪族聚酯共聚物在制備高氣體阻隔生物降解材料或包裝材料中的應用。