本發(fā)明屬于聚酯材料制備，具體涉及一種橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、脂肪族聚酯是一種高性能聚合物，其在薄膜、板材等多種材料中具有廣泛的應(yīng)用前景，但是，脂肪族聚酯結(jié)構(gòu)中含有酯基和柔性鏈狀線性結(jié)構(gòu)，這使得聚合物中存在熱性能差、阻隔性差和機械性能性差等缺陷，限制了脂肪族聚酯材料的應(yīng)用范圍。

2、為了拓展脂肪族聚酯材料的應(yīng)用領(lǐng)域，研究人員對脂肪族聚酯材料進(jìn)行了一系列增強改性?，F(xiàn)有技術(shù)，有研究者將異山梨醇、呋喃環(huán)和噻吩環(huán)等剛性鏈段單體引入到脂肪族聚酯分子鏈中來改善聚合物熱穩(wěn)定性和結(jié)晶性能；還有研究者將無機納米粒子，如氧化鎂、氧化鋅分散到脂肪族聚酯基體中，從而獲得綜合性能優(yōu)異的納米復(fù)合材料。但是上述改性方法均是采用傳統(tǒng)的共聚、共混和復(fù)合等方式來改善脂肪族聚酯材料熱性能、結(jié)晶性能，其無法提高脂肪族聚酯材料的阻隔性能和機械性能。因此，需要開發(fā)一種能夠提高阻隔性能和熱性能的脂肪族聚酯。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的一些不足，本發(fā)明提供了一種橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物及其制備方法和應(yīng)用；本發(fā)明將共聚單體三環(huán)癸烷二甲醇引入脂肪族聚酯結(jié)構(gòu)來制備橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物，通過橋環(huán)結(jié)構(gòu)來改善橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物機械性能、熱性能和氣體阻隔性能；所述橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物可生物降解，其透過系數(shù)可以達(dá)到1.6×10-13（g.cm2.s.pa)，聚酯共聚物初始分解溫度達(dá)到380℃以上，具有良好的熱穩(wěn)定性；所述橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物在高力學(xué)性能，氣體阻隔生物降解材料領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價值。

2、為了達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)手段。

3、本發(fā)明首先提供了一種橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物，所述橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物的結(jié)構(gòu)式為：

4、；

5、其中，x表示脂肪族聚酯單元占橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物的摩爾百分比含量，x=70-95%；

6、1-x表示三環(huán)癸烷二甲醇占橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物的摩爾百分比含量，1-x=5-30%。

7、本發(fā)明還提供了上述橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法，所述制備方法包括：

8、（1）在惰性氣體保護(hù)中將脂肪族二元酸、1,4丁二醇和共聚單體三環(huán)癸烷二甲醇混合，在酯化催化劑的作用下完成酯化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后去除副產(chǎn)物，得到橋環(huán)共聚酯預(yù)聚物；

9、（2）將橋環(huán)聚酯預(yù)聚物在縮聚催化劑作用下進(jìn)行縮聚反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得到所述橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物。

10、優(yōu)選地，步驟（1）中，所述脂肪族二元酸包括乙二酸、1,3-丙二酸、1,4-丁二酸、1,5-戊二酸、1,6-己二酸、1,8-辛二酸、1,9-壬二酸或1,10-癸二酸中的任一種

11、優(yōu)選地，步驟（1）中，所述酯化催化劑包括金屬氧化物、金屬碳酸鹽、金屬醋酸鹽、錫類有機化合物或鈦系有機化合物中的一種或多種。

12、優(yōu)選地，步驟（1）中，所述脂肪族二元酸和1,4丁二醇的物質(zhì)的量比為1.2:1；

13、所述酯交換催化劑的用量為脂肪族二元酸用量的0.1?mol?%。

14、優(yōu)選地，步驟（1）中，所述酯化反應(yīng)的條件為在150-190℃下反應(yīng)3-6小時。

15、優(yōu)選地，步驟（2）中，所述縮聚催化劑包括金屬氧化物、金屬碳酸鹽、金屬醋酸鹽、錫類有機化合物或鈦類有機化合物中的一種或多種。

16、優(yōu)選地，步驟（2）中，所述縮聚反應(yīng)催化劑的用量為脂肪族二元酸的0.1mol%；

17、所述縮聚反應(yīng)的條件為：在220-240℃、壓強小于200pa的真空環(huán)境中反應(yīng)5-8小時。

18、優(yōu)選地，所述橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物中，三環(huán)癸烷二甲醇的摩爾百分比為5-30%，

19、本發(fā)明還提供了上述橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物在制備高氣體阻隔生物降解材料或包裝材料中的應(yīng)用。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

21、本發(fā)明將共聚單體三環(huán)癸烷二甲醇引入脂肪族聚酯結(jié)構(gòu)中，從而獲得一種可生物降解的橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物。本發(fā)明通過引入橋環(huán)結(jié)構(gòu)來增強脂肪族聚酯熱性能、機械性能和氣體阻隔性能，從而獲得具有優(yōu)異的熱性能、氣體阻隔性能和機械性能的橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物。

22、本發(fā)明所述橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物具有優(yōu)秀的熱性能和機械性能，其透過系數(shù)可以達(dá)到1.6×10-13（g.cm2.s.pa)，聚酯共聚物初始分解溫度達(dá)到380℃以上，具有良好的熱穩(wěn)定性；機械性能中，其斷裂伸長率達(dá)到850％，在高力學(xué)性能，氣體阻隔生物降解材料領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價值，可用于制備高氣體阻隔生物降解材料或包裝材料。

23、本發(fā)明所述橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物制備方法具有操作簡單、原料易得和反應(yīng)過程與聚合物結(jié)構(gòu)易于控制的優(yōu)點，可大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物，其特征在于，所述橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物的結(jié)構(gòu)式為：

2.權(quán)利要求1所述的橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述脂肪族二元酸包括乙二酸、1,3-丙二酸、1,4-丁二酸、1,5-戊二酸、1,6-己二酸、1,8-辛二酸、1,9-壬二酸或1,10-癸二酸中的任一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述酯化催化劑包括金屬氧化物、金屬碳酸鹽、金屬醋酸鹽、錫類有機化合物或鈦系有機化合物中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述脂肪族二元酸和1,4丁二醇的物質(zhì)的量比為1.2:1；

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述酯化反應(yīng)的條件為在150-190℃下反應(yīng)3-6小時。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述縮聚催化劑包括金屬氧化物、金屬碳酸鹽、金屬醋酸鹽、錫類有機化合物或鈦類有機化合物中的一種或多種。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述縮聚反應(yīng)催化劑的用量為脂肪族二元酸的0.1mol%；

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物的制備方法，其特征在于，所述橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物中，三環(huán)癸烷二甲醇的摩爾百分比為5-30%。

10.權(quán)利要求1所述的橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物在制備高氣體阻隔生物降解材料或包裝材料中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物及其制備方法和應(yīng)用，屬于聚酯材料制備技術(shù)領(lǐng)域；本發(fā)明將共聚單體三環(huán)癸烷二甲醇引入脂肪族聚酯結(jié)構(gòu)來制備橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物，通過橋環(huán)結(jié)構(gòu)來改善橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物機械性能、熱性能和氣體阻隔性能；所述橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物可生物降解，其透過系數(shù)可以達(dá)到1.6×10<supgt;?13</supgt;?（g.cm<supgt;2</supgt;.s.Pa)，聚酯共聚物初始分解溫度達(dá)到380℃以上，具有良好的熱穩(wěn)定性；所述橋環(huán)醇脂肪族聚酯共聚物在高力學(xué)性能，氣體阻隔生物降解材料領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價值。

技術(shù)研發(fā)人員：呂銀,王鴻基,馬曉軍,姚晗雨,常昊昊,王自慶,魏忠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：石河子大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21