一种改善聚呋喃二甲酸乙二醇酯结晶性能的方法、产品和应用技术

本发明专利技术公开了一种改善聚呋喃二甲酸乙二醇酯结晶性能的方法，包括：将聚呋喃二甲酸乙二醇酯粉碎烘干后，加入增塑剂预混均匀得到混合物料，然后将该混合物料通过双螺杆挤出机在一定温度下熔融共混后挤出。本方法通过加入增塑剂，能够提高PEF分子链的运动能力，改善结晶性能，也能一定程度提高PEF的韧性。本发明专利技术还公开了一种根据上述改善聚呋喃二甲酸乙二醇酯结晶性能的方法得到的产品及该产品在制备塑料制品中的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种改善聚呋喃二甲酸乙二醇酯结晶性能的方法、产品和应用
本专利技术涉及高分子材料领域，具体涉及一种改善聚呋喃二甲酸乙二醇酯结晶性能的方法、产品和应用。
技术介绍
现如今，高分子材料被广泛的应用于各个领域，如：塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂等，是生产和生活中不可或缺的材料。其中99％的高分子材料均是以石油为原材料加工合成出来的，在其生产过程中会产生大量的温室气体，造成严重的环境污染。并且石油作为一种不可再生的资源，使得石油基的高分子材料面临着严峻的持续发展问题。随着社会和科技的进步，社会各界的人士意识到了这个问题的严重性，因此生物基的高分子材料应运而生，并受到越来越多的关注。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为一种石油基的高分子材料，由石油基单体对苯二甲酸和乙二醇合成出来。由于其具有良好的耐热性、绝缘性和透明性，力学性能好，生产成本低，被广泛应用于合成纤维、薄膜、瓶装材料等领域。但是其单体对苯二甲酸来源于不可再生的石化资源，且生产周期长，冲击性能差。2,5-呋喃二甲酸的化学结构和对苯二甲酸相似，其反应活性比对苯二甲酸高，有希望取代对苯二甲酸，构筑新型的高分子材料。可以通过淀粉或者纤维素等水解、氧化得到，与乙二醇反应得到的聚呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)，具有与聚对苯甲酸乙二醇酯(PET)相似的结构。相比而言，PEF有较高的玻璃化转变温度、较低的熔融温度、较高的气体阻隔系数，表现出优异的耐热性和阻隔性。且其单体来源可再生，有很好的应用前景。但是由于2,5-呋喃二甲酸相比于对苯二甲酸，分子的对称性较低，刚性强，以及分子间的偶极作用大造成聚呋喃二甲酸乙二醇酯在结晶的过程受到阻挠，减慢其结晶速率，成型加工周期长，使得聚呋喃二甲酸乙二醇酯在生产应用中受到一定的限制。聚合物结晶过程包括成核和晶体生长两个过程，对于PEF，成核速率较快，晶体生长较慢。而晶体生长过程是分子链不断规整排列形成有序结构，因此分子链运动速率是影响晶体生长的一个重要因素。LucreziaMartino等人在聚呋喃二甲酸乙二醇酯中分别添加重量百分比为2％和4％的改性黏土作为成核剂，加快了结晶速率，并且提高了聚合物的热稳定性能(LucreziaMartinoetal.RSCAdvance.2016,6,59800-59807)；NadiaLotti等人在聚呋喃二甲酸乙二醇酯中添加多层碳纳米管(MWCNTs)、羧基修饰多层碳纳米管(MWCNTs-COOH)、氨基修饰多层碳纳米管(MWCNTs-NH2)及氧化石墨烯(GO)，在一定程度的提高了聚呋喃二甲酸乙二醇酯的结晶性能。但是目前还没有使用增塑剂改善PEF的结晶性能的报道。
技术实现思路
本专利技术针对PEF结晶速率慢的问题，提供了一种改善PEF结晶性能的方法、产品和应用，该方法操作简单，对结晶性能的改善效果明显。一种改善聚呋喃二甲酸乙二醇酯结晶性能的方法，包括：将聚呋喃二甲酸乙二醇酯粉碎烘干后，加入增塑剂预混均匀得到混合物料，然后将该混合物料通过双螺杆挤出机在一定温度下熔融共混后挤出。2,5-呋喃二甲酸分子的对称性较低，刚性强，以及分子间的偶极作用大造成聚呋喃二甲酸乙二醇酯在结晶的过程受到阻挠，结晶速率较慢，成型加工周期长。本方法通过加入增塑剂，能够提高PEF分子链的运动能力，改善结晶性能，也能一定程度提高PEF的韧性。所述聚呋喃二甲酸乙二醇酯的特性粘度为0.5～0.6dL/g。作为优选，所述增塑剂为分子量为2000的聚乙二醇(PEG)，本专利技术所使用的PEG也常用于聚乳酸增塑，本专利技术通过PEF和小分子PEG在高温下的溶剂化作用，增大了分子间距离，削弱了PEF分子链之间的作用力，增大了PEF分子链的运动重排能力，明显提高了结晶速率。所述增塑剂的加入量为聚呋喃二甲酸乙二醇酯质量的2.5～10％，增塑剂的加入量对PEF结晶性能的影响较大，适量的加入量能显著缩短PEF的半结晶时间，使PEF结晶能力增强；加入量过大时，增塑剂反而会阻碍分子链的运动，降低结晶能力。所述熔融共混温度为210～230℃，熔融共混时间为3～5min。所述双螺杆挤出机的螺杆转速为80～100r/min，螺杆长径比为35～45:1。本专利技术还提供了根据上述改善聚呋喃二甲酸乙二醇酯结晶性能的方法得到的产品，所得产品的玻璃化转变温度为73～78℃，熔点为208～212℃，具有良好的耐热性和阻隔性。本专利技术还提供了一种上述产品在制备塑料制品中的应用，通过本专利技术方法得到的PEF复合材料可通过模压、挤出、注塑、吹膜、压延、纺丝等方法成型各种不同形态的塑料制品。与现有的技术相比具有以下有益效果：本专利技术采用常用作增塑剂的分子量2000的PEG来改善聚呋喃二甲酸乙二醇酯的结晶性能，通过PEF和小分子PEG在高温下的溶剂化作用，增大了分子间距离，削弱了PEF分子链之间的作用力，增大了其分子链的运动重排能力，明显提高了结晶速率。附图说明图1为实施例1～4所得产品在170℃下的等温结晶图；图2为对比例所得产品在170℃下的等温结晶图。具体实施方式以下结合实施例和附图进一步详细地描述本专利技术，但本专利技术并不限于实施例。以下实施例中，聚呋喃二甲酸乙二醇酯的特性粘度为0.56dL/g，玻璃化转变温度为88℃，熔点为215℃。实施例1一种改善聚呋喃二甲酸乙二醇酯结晶性能的方法，具体的步骤如下：(1)将PEF用粉碎机粉碎，得到的PEF粉料放置于搪瓷托盘中，在真空烘箱中80℃烘4h；(2)称取15gPEF和0.75gPEG，在烧杯中初步混合，混合均匀后将混合物加入到双螺杆挤出机中，其熔融共混温度设置在230℃，转速设置在80r/min，混合在3min后挤出拉条，出料后自然冷却至室温，所得产品简写为PEF/PEG(5wt％)。实施例2本实施例步骤同实施例1，不同之处仅在于所用的PEG含量为1.5g,所得产品简写为PEF/PEG(10wt％)。实施例3本实施例步骤同实施例1，不同之处仅在于所用的PEG含量为2.25g,所得产品简写为PEF/PEG(15wt％)。实施例4本实施例步骤同实施例1，不同之处仅在于所用的PEG含量为3.0g,所得产品简写为PEF/PEG(20wt％)。对比例本对比例步骤同实施例1，不同之处仅在于未加入PEG，所得产品即为纯PEF。称取6～8mg实施例1～4和对比例制备的产品，在170℃下等温结晶30min，得出样品在170℃下等温结晶的半结晶时间t1/2，结果如表1和图1、图2所示：表1是实施例1～4与对比例的组成及170℃等温结晶的半结晶时间从表1中可以看出，最初随着PEG含量的增加，PEF的半结晶时间明显缩短，结晶能力增强。当PEG含量过量以后，大量的PEG分子在PEF中，反而会阻碍分子链的运动，降低结晶能力。因此，在用于提升PEF结晶能力时，PEG的含量需要适量，过多或者过少都不能达到最佳效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善聚呋喃二甲酸乙二醇酯结晶性能的方法，其特征在于，包括：将聚呋喃二甲酸乙二醇酯粉碎烘干后，加入增塑剂预混均匀得到混合物料，然后将该混合物料通过双螺杆挤出机在一定温度下熔融共混后挤出。

【技术特征摘要】
1.一种改善聚呋喃二甲酸乙二醇酯结晶性能的方法，其特征在于，包括：将聚呋喃二甲酸乙二醇酯粉碎烘干后，加入增塑剂预混均匀得到混合物料，然后将该混合物料通过双螺杆挤出机在一定温度下熔融共混后挤出。2.根据权利要求1所述的改善聚呋喃二甲酸乙二醇酯结晶性能的方法，其特征在于，所述增塑剂为分子量为2000的聚乙二醇。3.根据权利要求1所述的改善聚呋喃二甲酸乙二醇酯结晶性能的方法，其特征在于，所述增塑剂的加入量为聚呋喃二甲酸乙二醇酯质量的2.5～10％。4.根据权利要求1所述的改善聚呋喃二甲酸乙二醇酯结...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梅梅，汤兆宾，朱锦，王静刚，江艳华，龙昱，黄骏成，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33