一种基于呋喃环具有水蒸气阻隔性能的可降解PBSeT共聚酯材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及高分子材料领域，具体涉及一种基于呋喃环具有水蒸气阻隔性能的可降解PBSeT共聚酯材料及其制备方法；是由以下摩尔份的原料制成的：癸二酸3.5份，1,4

【技术实现步骤摘要】
一种基于呋喃环具有水蒸气阻隔性能的可降解PBSeT共聚酯材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子材料领域，具体涉及一种基于呋喃环具有水蒸气阻隔性能的可降解PBSeT共聚酯材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着环保意识的增强，生物基材料和生物可降解材料以符合可持续发展和环境友好的理念取得了广泛的认可。脂肪族共聚酯因其良好的生物降解性而在许多材料中脱颖而出。聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)、聚己二酸丁酯
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邻对苯二甲酸丁酯(PBAT)已广泛应用于食品包装、生物医药、一次性产品等领域。尽管这些聚合物已获得广泛的商业接受，但它们的原材料仍然来自于石油化工。例如，1,10
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癸二酸、1,3
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丁二醇、2,5
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呋喃二羧酸等生物基单体已被用于合成高性能的生物基聚酯或共聚酯。其中呋喃二羧酸因其相较于苯环更高的刚性和生物基特性而广泛应用于共聚酯合成。2,5
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呋喃二羧酸(FDCA)是一种呋喃衍生物，由果糖和葡萄糖脱水生成5
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羧甲基糠醛(HMF)并将其氧化而得到。相较于广泛应用于在市面上流通比较广泛的是聚乳酸(PLA)和聚(己二酸丁二酯
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对苯二甲酸对苯二甲酸酯)(PBAT)以及它们的改性产品。由于上述两种材料以及其衍生物的原料仍然来自石油化工产品，于是摒弃了原本的石油化工产物，合成聚(癸二酸癸二醇酯
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对苯二甲酸丁二醇酯)(PBSeT)。其使用生物基的单体癸二酸(SeA)和2,5
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呋喃二羧酸代替原本石油化工产物己二酸(AA)，更加符合绿色发展的愿景。即便如此，聚(癸二酸癸二醇酯
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对苯二甲酸丁二醇酯)(PBSeT)共聚酯本身依旧存在问题，除较高的成本之外，其性能也是不尽如人意，例如耐热性差，阻隔性能差，穿刺性能相对于传统LDPE更是不足；因此本专利技术对其水蒸气阻隔性差的特性予以提高的同时保留其生物可降解特性。

技术实现思路

[0003]本专利技术克服现有技术的不足，提供一种基于呋喃环具有水蒸气阻隔性能的可降解PBSeT共聚酯材料；对PBSeT共聚酯水蒸气阻隔性差的特性予以提高的同时保留其生物可降解特性。
[0004]阻隔性能的强弱与分子链的结晶(其中包括结晶度以及晶体取向)，链段规整度，分子链官能团极性和交联程度等相关；在此，通过改善分子链结构，引入空间位阻更大的呋喃环和提高聚合物分子量方面从而提高阻隔性能。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种基于呋喃环具有水蒸气阻隔性能的可降解PBSeT共聚酯材料，是由以下摩尔份的原料制成的：
[0006]SeA(癸二酸)3.5份，
[0007]BDO(1,4
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丁二醇)9.9份，
[0008]TPA(对苯二甲酸)3.5份，
[0009]FDCA(2,5
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呋喃二羧酸2,5
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furandicarboxylic acid)0～0.35份且不为0
[0010]Tetrabutyl Titanate钛酸四丁酯0～0.06份且不为0。
[0011]另外，本专利技术还提供上述基于呋喃环具有水蒸气阻隔性能的可降解PBSeT共聚酯材料的制备方法，将癸二酸、1,4
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丁二醇和2,5
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呋喃二羧酸在不加催化剂的条件下进第一段酯化，第二两步酯化加入与癸二酸等摩尔的对苯二甲酸，再经过缩聚阶段，得到PBSeTF共聚酯材料，其中第一段酯化不加催化剂钛酸四丁酯，在第二段酯化和缩聚阶段均分别加入催化剂钛酸四丁酯。
[0012]通过上述合成步骤，通过第四种单体2,5
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呋喃二羧酸的加入，通过2,5
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呋喃二羧酸中的呋喃环在聚酯大分子链上引入空间位阻较大的呋喃环结构的同时提高共聚酯的数均分子量实现高水蒸气阻隔性的提高。
[0013]上述的合成步骤种加料顺序有所优化。第一段加料顺序未添加TPA为了让FDCA充分反应，第二段酯化添加TPA。
[0014]进一步的，第一段酯化温度在175
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180℃，常压酯化1～1.5h。
[0015]进一步的，第二段酯化开始后，升高温度达至200～225℃时，加入催化剂钛酸四丁酯进行酯化，常压反应3～3.5h。
[0016]进一步的，当产生的水与理论上水的质量相当时，缩聚阶段开始，加入催化剂钛酸四丁酯且升温到225～250℃，真空度为150～700Pa，缩聚4.5～5h后，当发现设备上扭矩不发生变化时，缩聚完成。
[0017]与现有技术相比本专利技术具有以下有益效果：
[0018]实验结果表明，本专利技术提供的合成方法下添加0.35摩尔份FDCA的环保PBSeT共聚酯材料水蒸气阻隔性性能比不添加FDCA的环保PBSeT共聚酯材料的水蒸气阻隔性性能提高了40.2％,同时仍具有一定的生物可降解能力。本专利技术的制备方法可将大大提高环保PBSeT共聚酯材料的水蒸气阻隔性能，具有较高市场价值。
附图说明
[0019]图1为对照组1和实施例1
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6所制备的PBSeT共聚酯材料相对水蒸气渗透指数(BIF)和降解能力趋势示意图。
具体实施方式
[0020]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0021]本专利技术提供了一种具有水蒸气阻隔性能的可降解PBSeT共聚酯材料的制备方法，包括以下步骤：将SeA(癸二酸)、BDO(1,4
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丁二醇)和FDCA(2,5
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呋喃二羧酸)，在不加催化剂的条件下且温度为170～185℃进行第一段酯化，压力为0.1～0.15MPa，酯化1～1.5h后；第二段酯化开始，加入对苯二甲酸并升高温度达至200～225℃时，加入催化剂Tetrabutyl Titanate(钛酸四丁酯)进行酯化，反应3～3.5h左右，当产生的水与理论上水的质量相当(90～110％)时；缩聚阶段开始，加入催化剂Tetrabutyl Titanate(钛酸四丁酯)且升温到225～250℃，真空度为150～700Pa，缩聚4.5～5h后，当发现设备上扭矩不发生变化时，缩聚完成。
[0022]对照组1
[0023]通过一步酯化法，称取SeA(癸二酸)707.8g、BDO(1,4
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丁二醇)891g、TPA(对苯二甲
酸)581.5g，当温度达到220℃时，加入催化剂Tetrabutyl Titanate(钛酸四丁酯)6g进行酯化，当产生的水与理论上水的质量相当(90～110％)时开始缩聚，加入催化剂Tetrabutyl Titanate(钛酸四丁酯)3g且升温到250℃时进行缩聚，缩聚5.5h后，当发现设备上扭不发生变化时，缩聚完成。
[0024]实施例1
[0025]通过两步酯化法，称取SeA(癸二酸)707.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于呋喃环具有水蒸气阻隔性能的可降解PBSeT共聚酯材料，其特征在于，是由以下摩尔份的原料制成的：癸二酸3.5份，1,4
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丁二醇9.9份，对苯二甲酸3.5份，2,5
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呋喃二羧酸0~0.35份且不为0钛酸四丁酯0~0.06份且不为0。2.根据权利要求1所述的一种基于呋喃环具有水蒸气阻隔性能的可降解PBSeT共聚酯材料的制备方法，其特征在于，将癸二酸、1,4
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丁二醇和2,5
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呋喃二羧酸在不加催化剂的条件下进第一段酯化，第二两步酯化加入与癸二酸等摩尔的对苯二甲酸，再经过缩聚阶段，得到PBSeTF共聚酯材料，其中第一段酯化不加催化剂钛酸四丁酯，在第二段酯化和缩聚阶段均分别加入催化剂钛酸四丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李迎春，冯豫，郭欣，胡智锐，王文生，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：