一种性能可控的脂肪族聚酯弹性体及其制备方法技术

本发明专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种性能可控的脂肪族聚酯弹性体及其制备方法。具体以环氧丙烷与二氧化碳的共聚物为软段，以左旋聚乳酸、右旋聚乳酸或外消旋聚乳酸为硬段，使用廉价易得的商品化催化剂进行阴离子开环聚合，通过“一锅两步法”制备三嵌段弹性体，弹性体的性能可通过调节原料加入比直接调控，进而制备出系列性能可控的脂肪族弹性体。而制备出系列性能可控的脂肪族弹性体。而制备出系列性能可控的脂肪族弹性体。

【技术实现步骤摘要】
一种性能可控的脂肪族聚酯弹性体及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种性能可控的脂肪族聚酯弹性体及其制备方法。

技术介绍

[0002]热塑性弹性体（TPE）是一种兼具工程塑料的刚性、热塑加工性和橡胶的高弹高回复性的新型高分子材料。1972年，美国DuPont和日本Toyobo公司相继推出第一代商业化TPE产品“Hytrel”和“Pelprene”。美国Freedonia Group数据显示早在2019年全球TPE的需求量高达670万吨，其中我国约占消费总量的36%，并且每年市场需求量持续上涨。2021年，我国的市场需求量增长速度接近8%。目前，TPE在汽车内饰、家用电器、包装及医疗器械等众多行业拥有巨大的应用前景。在现今环境污染严重、石油资源匮乏的背景下，科学家对于TPE的研究具有极其重要的商业价值和环保意义。
[0003]传统的热塑性弹性体通常由芳香族聚酯（如PBT）作为硬段，脂肪族聚酯（如PCL）作为软段组成，两相具有微相分离结构。硬段在室温下能够形成结晶区域，作为物理交联点承受内部和外部的应力，赋予材料较高强度；而软段的分子链柔顺性较强，能够连接交联点形成网状结构，为材料提供良好的弹性和拉伸回复率。当加工温度超过TPE的熔点时，结晶区域遭到破坏，物理交联点消失。当温度降低到熔点以下时，结晶区域又重新形成，保证TPE制品不易变形，因此可采用挤出、注塑等方式加工成型。相比于芳香族弹性体，脂肪族弹性体具有更佳的降解性能，为此，本专利技术提供了一种性能可控的脂肪族弹性体及其制备方法。具体以环氧丙烷与二氧化碳的共聚物为软段，以左旋聚乳酸、右旋聚乳酸或外消旋聚乳酸为硬段，使用廉价易得的商品化催化剂进行阴离子开环聚合，通过“一锅两步法”制备三嵌段弹性体，弹性体的性能可通过调节原料加入比直接调控，进而制备出系列性能可控的脂肪族弹性体。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要内容是根据现有技术不足，提供一种性能可控的脂肪族弹性体及其制备方法。
[0005]本专利技术的技术方案一种性能可控的脂肪族弹性体，所述的弹性体为具有“硬
”–“
软
”–“
硬”结构的三嵌段聚合物。
[0006]其中，“软”段为环氧丙烷与二氧化碳的共聚物，具体结构如下：“硬”段为聚乳酸，具体包括左旋聚乳酸、右旋聚乳酸和外消旋聚乳酸，具体结构如
下：式中：x为1~10的实数；m为非0的自然数；n为非0的自然数。
[0007]所述的弹性体制备路线如下：。
[0008]所述的弹性体具体制备过程包括：（1）反应器中加入环氧丙烷、二氧化碳、催化剂1、引发剂和有机溶剂，在一定的反应温度下反应一定时间，得到“软”段。（2）原位加入催化剂2和左旋丙交酯或右旋丙交酯或外消旋丙交酯，在一定的反应温度下反应一定时间，得到“硬
”–“
软
”–“
硬”三嵌段聚合物，将三嵌段聚合物中的有机溶剂通过减压蒸馏回收，便制备得到弹性体。
[0009]所述的催化剂1为商品化双金属氰化物（DMCC）。
[0010]所述的催化剂1与环氧丙烷的质量比为1:1000~10000。
[0011]所述的二氧化碳压力为0.1~6.0MPa。
[0012]所述的引发剂为小分子醇类（如乙二醇、丙三醇、季戊四醇等）或大分子醇类（聚乙二醇400、聚丙二醇600等）中的一种。
[0013]所述的引发剂与环氧丙烷的摩尔比为1:100~10000。
[0014]所述的有机溶剂为甲苯、二甲苯、四氢呋喃、二氯甲烷、二氯乙烷、正己烷或1,4
‑
二氧六环中的任意一种。
[0015]步骤（1）制备“软”段的聚合反应中，反应温度为70~150℃。
[0016]步骤（1）制备“软”段的聚合反应中，反应时间为2~6h。
[0017]所述的催化剂2为商品化的辛酸亚锡。
[0018]所述的催化剂2与丙交酯的质量比为1：100~1000。
[0019]所述的丙交酯与“软”段的质量比为1:0.1~3。
[0020]步骤（2）制备三嵌段的聚合反应中，反应温度为100~180℃。
[0021]步骤（2）制备三嵌段的聚合反应中，反应时间为3~24 h。
[0022]所述的脂肪族弹性体使用窗口温度为
–
60~170 ℃。
[0023]所述的脂肪族弹性体最大拉伸强度为10~40 MPa。
[0024]所述的脂肪族弹性体断裂伸长率为100~1500%。
[0025]本专利技术的有益效果（1）本专利技术所述的脂肪族弹性体中“软”段以环氧丙烷与二氧化碳为原料，通过调控二氧化碳的压力，可实现“软”段结构调控和玻璃化转变温度调控，范围为
‑
10~
‑
60 ℃。
[0026]（2）本专利技术所述的脂肪族弹性体中“硬”段为左旋聚乳酸、右旋聚乳酸或外消旋聚乳酸，“硬”段与“软”段的质量比1:0.1~3可调，弹性体最大拉伸强度为10~40 MPa可调，弹性体断裂伸长率为100~1500%。
[0027]（3）本专利技术所述的脂肪族聚酯弹性体，具有良好的生物相容性和可生物降解性，所释放的小分子化合物能够被再利用，对环境无污染。
[0028]（4）本专利技术所述的脂肪族弹性体通过“一锅两步法”制备所得，路线简洁，成本低廉，具有规模化生产的前景和潜力。
附图说明
[0029]图1为实施例2制备得到的弹性体的核磁共振氢谱。
具体实施方式
[0030]以下通过实施例对本专利技术的技术方案进行进一步陈述。
[0031]在本专利技术中所使用的术语，除非另有说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。
[0032]在以下实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。同时，由于聚合物结构比例多样，未详细描述所有制备方法，取典型实施例说明本专利技术的具体工艺步骤。
[0033]实施例1配有磁子的100 mL高压釜中，120
ꢀ°
C干燥12 h以上，抽真空待其冷却至室温，冲入氮气准备使用。在氮气保护下，室温称取环氧丙烷（3.48 g,60.00 mmol），加入与环氧丙烷质量比为1:1000的商品化锌
‑
钴双金属氰化物催化剂（Zn
‑
CoDMCC）（3.48 mg），加入与环氧丙烷摩尔比为1:100的聚丙二醇600（0.36 g,0.60 mmol），加入与环氧丙烷质量比为2:1的甲苯（6.96 g），充入3.0 MPa的二氧化碳，反应温度为90 ℃，保温反应2 h，得到“软”段。释放过量的二氧化碳，原位加入与软段质量比为1:1的左旋丙交酯，再加入与左旋丙交酯质量比为1:500的辛酸亚锡，反应温度为180 ℃，反应时间为3 h，得到三嵌段聚合物，最后通过减压蒸馏回收甲苯，得到弹性体。热性能测试表明，所得弹性体使用窗口温度为
‑
35~145 ℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种性能可控的脂肪族聚酯弹性体，其特征在于，所述的弹性体为具有“硬
”–“
软
”–“
硬”结构的三嵌段聚合物；其中，“软”段为环氧丙烷与二氧化碳的共聚物，具体结构如下：“硬”段为聚乳酸，具体包括左旋聚乳酸、右旋聚乳酸和外消旋聚乳酸，具体结构如下：式中：x为1~10的实数；m为非0的自然数；n为非0的自然数。2.根据权利要求1所述的脂肪族聚酯弹性体的制备方法，其特征在于，所述的弹性体具体制备过程包括：（1）反应器中加入环氧丙烷、二氧化碳、催化剂1、引发剂和有机溶剂，在一定的反应温度下反应一定时间，得到“软”段；（2）原位加入催化剂2和左旋丙交酯或右旋丙交酯或外消旋丙交酯，在一定的反应温度下反应一定时间，得到“硬
”–“
软
”–“
硬”三嵌段聚合物，将三嵌段聚合物中的有机溶剂通过减压蒸馏回收，便制备得到弹性体。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的催化剂1为商品化双金属氰化物（DMCC），所述的催化剂1与环氧丙烷的质量比为1:1000~1...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴汝熙，金晨昊，徐人威，任伟民，王维，
申请(专利权)人：中化泉州能源科技有限责任公司大连理工大学，
类型：发明
国别省市：