一种兼具阻燃和增塑功能的生物可降解共聚酯的制备方法技术

本发明专利技术为聚酯材料合成技术领域，具体涉及一种兼具阻燃和增塑功能的生物可降解共聚酯的制备方法。本发明专利技术以衣康酸为原料，在气体O3氧化反应下合成环氧化合物单体，然后通过CO2的开环加成反应、醇和酸的酯化

【技术实现步骤摘要】
一种兼具阻燃和增塑功能的生物可降解共聚酯的制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料合成
，具体涉及一种兼具阻燃和增塑功能的生物可降解共聚酯的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，生物可降解脂肪族聚酯材料(如：聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯等)已被广泛用于产品包装、农用薄膜、餐具制作和医用材料等领域。然而，脂肪族聚酯往往存在力学性能差，注塑成型加工性和耐热性也难以满足各种用途的要求。为此，通常加入磷酸酯、石油酯、聚酯等增韧剂共混改性来解决这一问题。然而，由于增塑剂分子结构差异容易导致相分离现象，相容性变差等问题。中国专利(专利号：ZL201910510635.9)提出了一种含PBSM增韧剂的PBS复合材料及其制备方法。首先采用丁二酸，丁二醇，异戊二醇为原料，通过酯化
‑
缩聚反应制备出与PBS分子链结构相近的PBSM聚酯增塑剂；然后将PBS与PBSM熔融共混制得所述复合材料。该技术在一定程度上改善了聚酯的相容性，然而两种树脂分子链间无化学键生成，聚酯力学性能和耐热性能改善并不明显。

技术实现思路

[0003]针对
技术介绍
所存在的问题，本专利技术提供一种兼具阻燃和增塑功能的生物可降解共聚酯的制备方法。
[0004]本专利技术采用的技术方案包括如下特征步骤：
[0005]1、将衣康酸加入到聚酯反应釜中，一边搅拌，一边通入氮气排出反应釜中的空气，然后加入催化剂同时缓慢通入臭氧气体(O3)，其中：催化剂与衣康酸质量之比为0.002～0.008:1，臭氧和衣康酸摩尔数之比为1～2:1；然后迅速升温至体系温度为40℃～60℃进行氧化反应，当臭氧气体通入完毕后，冷却至室温停止反应，即制得一种衣康酸环氧化单体；
[0006]步骤1所述的催化剂为钛系催化剂，制备方法同中国专利技术专利(专利号：ZL201910994074.4)或中国专利技术专利(专利号：ZL201910947191.5)中的一种；
[0007]2、向步骤1所得的含催化剂的产物中连续充入CO2至体系压力为4.5～5.5MPa并保持体系压力不变，然后加入羟基膦酸和丁二醇，其中羟基膦酸与衣康酸摩尔比0.5～2.0:1，丁二醇与衣康酸摩尔数之比为3.0～5.0:1；在快速搅拌的条件下将体系升温至140℃～160℃进行开环加成反应和酯化反应，以第一滴酯化水馏出时作为酯化反应计时的零点，在此温度下反应1～2小时，当馏出水明显很少时，即完成反应；
[0008]步骤2中羟基膦酸为羟基亚乙基二膦酸或2
‑
羟基膦酸基乙酸中的一种；其分子式如下：
[0009](羟基亚乙基二膦酸，HEDP)
[0010](2
‑
羟基膦酸基乙酸，HPAA)
[0011]3、将体系抽真空并保持真空状态，真空度为50～100Pa；然后将体系升温至180℃～200℃时进行缩聚反应，当反应产物的特性粘度(在25℃下用乌氏粘度计测定)为1.0～1.5dL
·
g
‑1时开始出料，将反应产物通过冷水冷却后切成聚酯切片，即制得一种兼具阻燃和增塑功能的生物可降解共聚酯。
[0012]本专利技术的有益效果：
[0013](1)本专利技术首先以生物可降解的衣康酸为原料，通过气体O3氧化反应合成环氧化合物单体，然后通过CO2的开环加成反应、醇和酸的酯化
‑
缩聚反应制备出一种兼具阻燃和增塑功能的交联型生物可降解共聚酯材料。该材料兼具聚碳酸酯和含磷脂肪族聚酯的优异特性，其中聚碳酸酯分子链与含磷脂肪族聚酯分子链之间以化学键的形式键合成交联网络结构，一方面，极大地提高了共聚酯材料的相容性、力学性能和耐热性能，提高了其综合性能；另一方面，交联网络结构可形成较多的分子内部空穴结构，这有利于自然界中的微生物、酸碱性离子等进入空穴，进一步提高了该共聚酯材料的生物可降解性能。
[0014](2)本专利技术选用一种含磷羟基酸，与脂肪族二元酸、二元醇进行共聚，其优点在于：
①
通常交联反应使得聚酯分子量增加导致其韧较差，该含磷羟基酸是一类有效的增塑剂，可提高交联共聚酯的韧性；
②
加入磷羟基酸共聚使得共聚酯分子链上含有磷
‑
碳(P
‑
C)键，使得制备的共聚酯具有阻燃性能，从而拓展了其应用范围。
[0015](3)本专利技术采用的衣康酸为原料，可由生物质发酵、石油炼制等多种途径制得，具有较好的生物可降解性和来源广泛等优点。
具体实施方式
[0016]实施例1
[0017]1、将1.0千克衣康酸加入到聚酯反应釜中，一边搅拌，一边通入氮气排出反应釜中的空气，然后加入0.002千克钛系催化剂，同时缓慢通入172.1升臭氧气体，然后迅速升温至体系温度为40℃进行氧化反应，当臭氧气体通入完毕后，冷却至室温停止反应，即制得一种衣康酸环氧化单体；
[0018]2、向步骤1所得的含钛系催化剂的产物中连续充入CO2至体系压力为5.5MPa并保持体系压力不变，然后加入0.79千克羟基亚乙基二膦酸和2.08千克丁二醇；在快速搅拌条件下将体系升温至140℃进行开环加成反应和酯化反应，以第一滴酯化水馏出时作为酯化反应计时的零点，在此温度下反应2小时，当馏出水明显很少时，即完成反应；
[0019]3、将体系抽真空并保持真空度为50Pa的状态下，体系升温至200℃时进行缩聚反应，当反应产物的特性粘度(在25℃下用乌氏粘度计测定)为1.0dL
·
g
‑1时开始出料，将反应产物通过冷水冷却后切成聚酯切片，即制得一种兼具阻燃和增塑功能的生物可降解共聚酯。
[0020]实施例2
[0021]1、将1.0千克衣康酸加入到聚酯反应釜中，一边搅拌，一边通入氮气排出反应釜中
的空气，然后加入0.008千克钛系催化剂，同时缓慢通入344.4升臭氧气体，然后迅速升温至体系温度为60℃进行氧化反应，当臭氧气体通入完毕后，冷却至室温停止反应，即制得一种衣康酸环氧化单体；
[0022]2、向步骤1所得的含钛系催化剂的产物中连续充入CO2至体系压力为4.5MPa并保持体系压力不变，然后加入2.40千克2
‑
羟基膦酸基乙酸和3.46千克丁二醇；在快速搅拌条件下将体系升温至160℃进行开环加成反应和酯化反应，以第一滴酯化水馏出时作为酯化反应计时的零点，在此温度下反应1小时，当馏出水明显很少时，即完成反应；
[0023]3、将体系抽真空并保持真空度为100Pa的状态下，体系升温至180℃时进行缩聚反应，当反应产物的特性粘度(在25℃下用乌氏粘度计测定)为1.5dL
·
g
‑1时开始出料，将反应产物通过冷水冷却后切成聚酯切片，即制得一种兼具阻燃和增塑功能的生物可降解共聚酯。
[0024]实施例3
[0025]1、将1.0千克衣康酸加入到聚酯反应釜中，一边搅拌，一边通入氮气排出反应釜中的空气，然后加入0.005千克钛系催化剂，同时缓慢通入258.3升本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼具阻燃和增塑功能的生物可降解共聚酯的制备方法，其特征在于：(1)将衣康酸加入到反应釜中，一边搅拌，一边通入氮气排出反应釜中的空气，然后加入催化剂同时缓慢通入臭氧气体，并升温至40℃～60℃进行氧化反应，当臭氧气体通入完毕后，冷却至室温停止反应，制得含催化剂的衣康酸环氧化单体；(2)向步骤1所得的含催化剂的衣康酸环氧化单体中连续充入CO2至体系压力为4.5～5.5MPa并保持体系压力不变，然后加入羟基膦酸和丁二醇，在搅拌的条件下将体系升温至140℃～160℃进行开环加成反应和酯化反应；(3)待步骤(2)反应后将反应体系抽真空并保持真空状态，然后将体系升温至180℃～200℃时进行缩聚反应，当反应产物达到一定特性粘度后开始出料，反应产物冷却后切片，制得兼具阻燃和增塑功能的生物可降解共聚酯。2.根据权利要求1所述兼具阻燃和增塑功能的生物可降解共聚酯的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)催化剂为钛系催化剂；...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚超，左士祥，刘文杰，李霞章，吴凤芹，王灿，王亮，桂豪冠，高丙莹，
申请(专利权)人：江苏纳欧新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：