一种利用二氧化碳制备的生物基弹性体及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种利用二氧化碳制备的生物基弹性体及制备方法。弹性体的结构式为：

A Bio-based Elastomer Prepared by Carbon Dioxide and Its Preparation Method

The invention discloses a bio-based elastomer prepared by carbon dioxide and a preparation method thereof. The structure of the elastomer is as follows:

【技术实现步骤摘要】
一种利用二氧化碳制备的生物基弹性体及制备方法
本专利技术涉及生物基材料
，进一步地说，是涉及一种利用二氧化碳制备的生物基弹性体及制备方法。
技术介绍
随着世界各国工业化和城市化进程的不断加快，能源消耗量日益增加，特别是石油、煤、天然气等化石燃料的消耗导致了大量二氧化碳(CO2)的产生。同时，全球人口数量不断膨胀，土地需求激增，森林、植被减少，导致地球自身对于CO2的净化能力持续下降，全球碳循环系统遭到严重破坏，从而使CO2在大气中不断积累，促使温室效应不断增强，全球气温不断上升，生存环境不断恶化等。由二氧化碳造成的环境和社会问题正在引起各国的普遍关注，如何在经济发展所需大量能源消耗与二氧化碳之间找到一个平衡点，成为可持续发展所面临的难题之一。通过适当途径利用二氧化碳这种地球上贮量及其丰富的碳源，即可缓解温室效应带来的危害又可“变废为宝”。二氧化碳俗称碳酸气，又名碳酸酐，其分子式CO2,结构式O＝C＝O，是由两个氧原子与一个碳原子通过共价键形成的线性非极性分子，在分子中，碳原子通过SP杂化轨道与氧原子形成S键，剩余的两个P轨道分别于氧原子的P轨道，缩短了碳酸键的距离。二氧化碳在自然界中主要通过植物的光合作用来化学固定，但工业生产将其作为原料使用的例子却很少，主要是因为碳原子处于最高价氧化态，将其CO2转变成其他化学反应能垒很高。但是，CO2分子中的羰基碳缺电子，容易受亲和试剂和富电子物种进攻。现有的二氧化碳-环氧化物共聚物是通过将二氧化碳(CO2)与环氧化物置于合成反应釜中，控制釜体内的温度和压力，在催化剂作用下直接反应合成，此过程反应化学方程式：但是所得聚合物玻璃化温度相对比较高，多用于塑料方面的研究，很少有满足做弹性体要求的。
技术实现思路
为解决现有技术中出现的问题，本专利技术提供了一种利用二氧化碳制备的生物基弹性体及制备方法。通过选取合适的单体及带有柔性链的烯丙基缩水甘油醚，通过控制聚合过程中不同的温度与压力，以及反应时间从而制备了一种以二氧化碳为反应原料的弹性体。本专利技术的目的之一是提供一种利用二氧化碳制备的生物基弹性体。所述弹性体的结构式为：本专利技术的目的之二是提供一种生物基弹性体的制备方法。包括：(1)粗产物制备将单体烯丙基缩水甘油醚和多元催化剂加入反应釜内搅拌，通入二氧化碳气体，控制聚合反应釜内压力为2.5MPa-5.0MPa，将聚合反应釜内反应温度控制70～90℃，持续反应12～18小时，注入终止剂蒸馏水，4～8滴；持续反应1～2小时然后使度降至30～40℃，得到粗产物；(2)反应产物分离提纯冷却到室温，聚合发应釜的压力降至0MPa后，将粗产物倒入凝聚洗涤剂中，液固分离，得到固体二氧化碳-烯丙基缩水甘油醚共聚物，即所述生物基弹性体。其中，优选：所述反应单体烯丙基缩水甘油醚的添加量为所述聚合反应釜体积的1/4～1/2；所述多元催化剂的添加量为所述烯丙基缩水甘油醚质量的2％～4％。二氧化碳气体的纯度高于99.95％。步骤(1)中，控制聚合反应釜内搅拌速度为200-300转/分。所述多元催化剂三氯乙酸钇、二乙基锌和甘油；三氯乙酸钇、甘油、二乙基锌的质量比为1：(7～10))：(20～30)。所述的凝聚洗涤剂为甲醇、乙醇、异丙醇和水中的至少一种；所述的凝聚洗涤剂添加量为所述的烯丙基缩水甘油醚质量的2～4倍。本专利技术具体可采用以下技术方案：包括以下步骤：(1)粗产物制备将除过水的烯丙基缩水甘油醚加入到聚合反应釜内，然后加入定量的多元稀土催化剂，控制聚合反应釜内搅拌速度为200-300转/分，再将纯度高于再将纯度高于99.95％的二氧化碳气体通入聚合反应釜内，控制聚合反应釜内压力为2.5MPa-5.0MPa，将聚合反应釜内反应温度控制70～90℃，持续反应12～18小时，注入适量的终止剂，持续反应1～2小时然后使度降至30～40℃，即得到利用二氧化碳制备的生物基弹性体粗产物。(2)反应产物分离纯化反应冷却到室温之后，聚合发应釜的压力降至0MPa,后，将聚合反应液体倒入凝聚洗涤剂的容器中，二氧化碳-烯丙基缩水甘油醚共聚物絮凝聚集在一起，凝聚洗涤混合液经固液分离，得到固体二氧化碳-烯丙基缩水甘油醚共聚物，一种利用二氧化碳制备生物基弹性体。所述反应单体烯丙基缩水甘油醚的添加量为所述聚合反应釜体积的1/4～1/2，所述多元催化剂的添加量为所述烯丙基缩水甘油醚质量的2％～4％。所述的多元催化剂主要包括三氯乙酸钇、二乙基锌和甘油，所述的三氯乙酸钇，所述的甘油与所述二乙基锌的质量比为1：(7～10))：(20～30)。该配比多元催化剂催化效果最佳。所述的凝聚洗涤剂为甲醇、乙醇、异丙醇和水中的至少一种，所述的凝聚洗涤剂添加量为所述的烯丙基缩水甘油醚质量的2～4倍。所述的聚合反应釜的釜体外周壁设置有加热夹套，所述的聚合反应釜的釜体的内壁设置有冷却盘管。所需釜体本身一共有四个管接口。所述的聚合反应釜有四个管接口，一个是单向进料口，一个是出料口，一个密封式加料口，一个是催化剂的单向进料口。充分保证加料的严谨性。所述的聚合反应釜的催化剂的单向进料口，内设置球阀，进料阀的帽子之间设置了单向垫圈，充分保证催化剂只进不出，隔绝氧气隔绝水。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本方明利用二氧化碳制备生物基弹性体制备方法，包括将烯丙基缩水甘油醚、二氧化碳在一定的温度，压力及催化剂的作用下，反应一定时间制备得到二氧化碳-烯丙基缩水甘油醚共聚物粗产物，将二氧化碳-烯丙基缩水甘油醚送至凝聚洗涤剂的容器中，同时将凝聚洗涤剂送至容器中，反应一定时间后，使催化剂失活终止聚合反应，同时使反应单体溶解在凝聚洗涤剂中，二氧化碳-烯丙基缩水甘油醚以固体颗粒形式分散在凝聚洗涤剂中，凝聚洗涤完成后，凝聚洗涤混合液经液固分离，得到固体二氧化碳-烯丙基缩水甘油醚共聚物。该反应过程中，反应初期由于反应程度低，物料粘度较小，温度控制较高有利于加快反应，反应后期粘度上升快，反应速度快，温度控制较低有利于降低反应速度，从而更好的控制反应过程；聚合粗产物通过凝聚洗涤剂洗涤，经固液分离除去催化剂，最终所得聚合物纯度高。综上所述，本专利技术一种利用二氧化碳制备生物基弹性体的制备方法，通过选取合适的单体及带有柔性链的烯丙基缩水甘油醚，通过控制聚合过程中不同的温度与压力，以及反应时间从而制备了一种以二氧化碳为反应原料的弹性体，该所得聚合物的玻璃化温度较低，可达到-38.8℃。附图说明图1为实施例1制备的二氧化碳与烯丙基缩水甘油醚共聚物的核磁共振氢谱图；图2实施例1的是核磁共振碳谱图。具体实施方式下面结合实施例，进一步说明本专利技术。实施例所用原料均为市售；实施例1本专利技术一种利用二氧化碳制备生物基弹性体的制备方法。包括以下步骤：(1)粗产物提纯将除过水的烯丙基缩水甘油醚加入到聚合反应釜内，然后加入定量的多元稀土催化剂，控制聚合反应釜内搅拌速度为250转/分，再将纯度高于再将纯度高于99.95％的二氧化碳气体通入聚合反应釜内，控制聚合反应釜内压力为3.0MPa，将聚合反应釜内反应温度控制70℃，持续反应12小时，注入终止剂蒸馏水5滴，持续反应1小时然后使度降至30℃，即得到利用二氧化碳制备的生物基弹性体粗产物。(2)反应产物分离纯化反应冷却到室温之后，聚合发应釜的压力降至0MPa,后，将聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用二氧化碳制备的生物基弹性体，其特征在于：所述弹性体的结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种利用二氧化碳制备的生物基弹性体，其特征在于：所述弹性体的结构式为：2.一种如权利要求1所述的生物基弹性体的制备方法，其特征在于所述方法包括：(1)粗产物制备将单体烯丙基缩水甘油醚和多元催化剂加入反应釜内搅拌，通入二氧化碳气体，控制聚合反应釜内压力为2.5MPa-5.0MPa，将聚合反应釜内反应温度控制70～90℃，持续反应12～18小时，注入终止剂蒸馏水，4～8滴；持续反应1～2小时然后使度降至30～40℃，得到粗产物；(2)反应产物分离提纯冷却到室温，聚合发应釜的压力降至0MPa,后，将粗产物倒入凝聚洗涤剂中，液固分离，得到固体二氧化碳-烯丙基缩水甘油醚共聚物，即所述生物基弹性体。3.如权利要求2所述的生物基弹性体的制备方法，其特征在于：所述反应单体烯丙基缩...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立群，胡磊，王润国，许文集，晁明远，张奇男，辛明泽，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11