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一种具有可逆交联特性的脂肪族聚酯及其制备方法和应用

文献发布时间:2023-06-19 19:30:30



技术领域

本申请涉及聚合物材料技术领域,具体涉及一种具有可逆交联特性的脂肪族聚酯及其制备方法和应用。

背景技术

众所周知,脂肪族聚酯是分子重复单元中包含酯键的生物可降解材料,其易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解和代谢,同时具有良好的力学性能,现已被广泛应用于包装、餐具、医疗用品、农用薄膜、缓释材料和生物医用材料等领域。脂肪族聚酯材料的开发利用是从根本上解决白色污染问题的有效途径之一。如聚丁二酸酯系列是工业化生产的一种主要脂肪族聚酯,由于具有相对较高的熔点、较好的热稳定性和力学性能等而备受青睐。

然而,现有的脂肪族聚酯材料通常存在诸如成型加工熔融热稳定性较差,容易产生异味,泛黄明显,色泽品质差,且成品的耐热老化性较差,力学强度还有待进一步增强等问题。

发明内容

鉴于上述技术的不足之处,本申请通过提供一种具有可逆交联特性的脂肪族聚酯及其制备方法和应用,解决了现有脂肪族聚酯材料的熔融热稳定性、耐热老化性和力学强度较差的问题,本申请提供的脂肪族聚酯不仅可重复发生化学交联和解交联,可实现重复加工再利用,而且具有优异的熔融热稳定性和力学强度以及良好的耐热老化性。

为达到上述目的,本申请主要提供如下技术方案:

本申请提供了一种具有可逆交联特性的脂肪族聚酯,由含有糠酰胺基侧基的聚酯和含有马来酰亚胺基团的交联剂通过化学交联形成;

所述含有糠酰胺基侧基的聚酯为以下重复单元I和II组成的无规共聚物:

其中R

所述重复单元I和II的摩尔比为(0.1~1):1。

优选地,所述含有马来酰亚胺基团的交联剂具有以下结构:

其中n为2,R

其中m为2-20。

更优选地,所述含有马来酰亚胺基团的交联剂选自4,4'-双马来酰亚胺二苯甲烷、N,N’-间苯撑双马来酰亚胺中的一种或多种。

优选地,所述具有可逆交联特性的脂肪族聚酯中,所述马来酰亚胺基团与糠酰胺基的摩尔比为1:(0.1~100)。

更优选地,所述具有可逆交联特性的脂肪族聚酯中,所述马来酰亚胺基团与糠酰胺基的摩尔比为1:(2~100)。

本申请还提供了上述具有可逆交联特性的脂肪族聚酯的制备方法,包括以下步骤:

(1)将脂肪族二元酸或其酯、脂肪族二元醇、含糠酰胺基的单体和催化剂加入反应器中,进行酯化反应;

(2)将反应器的温度升高,进行缩聚反应,得到含有糠酰胺基侧基的聚酯;

(3)将含有糠酰胺基侧基的聚酯和含有马来酰亚胺基团的交联剂混合均匀,然后进行化学交联反应,得到具有可逆交联特性的脂肪族聚酯;

所述含糠酰胺基的单体具有以下结构:

其中R

优选地,所述脂肪族二元酸或其酯为C

优选地,所述脂肪族二元酸或其酯选自乙二酸、丙二酸、丁二酸、丁二酸二甲酯、丁二酸二乙酯、戊二酸、戊二酸二甲酯、戊二酸二乙酯、己二酸、己二酸二甲酯、己二酸二乙酯中的一种或多种;

所述脂肪族二元醇选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇中的一种或多种。

优选地,所述脂肪族二元酸或其酯、脂肪族二元醇、含糠酰胺基的单体三者的摩尔比为1:(1~4):(0.1~1)。

优选地,所述催化剂选自钛酸四丁酯、三氧化二锑、氧化镁、乙酸锌、乙酸钠、乙酸钾、乙酸镍、乙酸锰、乙酸钴、乙酸镁、二氧化硅中的一种或多种。

优选地,所述催化剂的加入量为脂肪族二元酸或其酯摩尔量的0.01%-1%。

优选地,步骤(1)的反应温度为130~190℃,步骤(2)的反应温度为200~260℃。

优选地,所述含有糠酰胺基侧基的聚酯和含有马来酰亚胺基团的交联剂在静态混合器中进行混合。

优选地,所述静态混合器包括至少两段温度梯度区间,第一段温度范围为120~150℃,第二段温度范围为150~210℃;混合物料通过每段温度梯度区间的时间为5-60min。

优选地,所述化学交联反应在50-80℃下进行,反应时间为2-20h。

优选地,步骤(2)中,所述缩聚反应完成后,反应产物再进行脱挥处理;

所述脱挥处理采用仅设有脱挥段的双螺杆挤出机进行,脱挥处理条件为:于150-180℃、绝压≤500Pa的条件下处理20-60min。

本申请还提供了上述具有可逆交联特性的脂肪族聚酯在生物可降解塑料包装、薄膜材料、缓释材料和生物医用材料领域中的应用。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:

(1)本申请通过将糠酰胺基引入到共聚酯链中,可将呋喃基引入到脂肪族二元酸或其酯与脂肪族二元醇所形成的共聚酯分子链中,利用呋喃基团与马来酰亚胺基团之间的4+2环化反应,即Diels-Alder反应,使得富电子的呋喃基团和缺电子的马来酰亚胺基团之间能够形成可逆的共价键合,能够获得具有可逆交联特性的脂肪族聚酯材料,进而赋予材料更高的力学强度、更优异的耐溶剂性能以及稍高的耐热老化性,当材料达到使用周期后,还可通过加热以使呋喃基团与马来酰亚胺基团之间形成的共价交联断裂,使其具备传统交联材料所没有的重复加工性能,可对材料进行回收循环再利用,有效减少环境污染和资源浪费;既向体系中引入一定的交联结构,可显著改善最终材料的力学强度和耐热老化性;

(2)本申请通过将糠酰胺基取代的苯基引入到共聚酯链中,使聚酯主链引入了刚性的苯环结构,其可以改善脂肪族聚酯柔软及耐热性差的通病,聚酯分子链的酰胺键可以在分子间和分子内形成氢键作用力,赋予其更好的玻璃化温度、熔点及机械性能,氢键同时会赋予其极好的吸水性,促进可降解聚酯的降解速率及可降解农膜地膜的保湿性。

具体实施方式

为更进一步阐述本申请为达成预定申请目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例,对依据本申请的具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如后。

需要说明的是,本申请中不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外,一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。应当理解,本申请实施例是对本申请方案的解释说明,不作为对本申请保护范围的限定。

在本申请中,范围可以表示为从“约”一个具体值和/或到“约”另一个具体值的范围。当表述这种范围时,例子包括自某一具体值始和/或至另一具体值止。类似地,当使用先行词“约”表示数值为近似值时,应理解,具体数值构成另一个方面。还应理解的是,每个范围的端点值在与另一个端点值有关和与另一个端点值无关时,都是有意义的。

除非另有表述,否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此,当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序,都不旨在暗示该任意特定顺序。

虽然会用过渡语“包括”来公开特定实施方式的各种特征、元素或步骤,但是应理解的是,这暗示了包括可采用过渡语由“......构成”、“基本由......构成”描述在内的替代实施方式。因此,例如,对包含A+B+C的方法的隐含的替代性实施方式包括方法由A+B+C组成的实施方式和方法主要由A+B+C组成的实施方式。

本申请提供了一种具有可逆交联特性的脂肪族聚酯,由含有糠酰胺基侧基的聚酯和含有马来酰亚胺基团的交联剂通过化学交联形成;

含有糠酰胺基侧基的聚酯为以下重复单元I和II组成的无规共聚物:

其中R

上述重复单元I和II的摩尔比为(0.1~1):1。

本申请的发明人通过研究发现,将糠酰胺基取代的苯基引入到共聚酯链中,一方面,可将呋喃基引入到脂肪族二元酸或其酯与脂肪族二元醇所形成的共聚酯分子链中,利用呋喃基团与马来酰亚胺基团之间的4+2环化反应,即Diels-Alder反应,使得富电子的呋喃基团和缺电子的马来酰亚胺基团之间能够形成可逆的共价键合,能够获得具有可逆交联特性的脂肪族聚酯材料,进而赋予材料更高的力学强度、更优异的耐溶剂性能以及稍高的耐热老化性,当材料达到使用周期后,还可通过加热以使呋喃基团与马来酰亚胺基团之间形成的共价交联断裂,使其具备传统交联材料所没有的重复加工性能,可对材料进行回收循环再利用,有效减少环境污染和资源浪费;既向体系中引入一定的交联结构,可显著改善最终材料的力学强度和耐热老化性;另一方面,聚酯主链引入刚性的苯环结构可以改善脂肪族聚酯柔软及耐热性差的通病,聚酯分子链的酰胺键可以在分子间和分子内形成氢键作用力,赋予其更好的玻璃化温度、熔点及机械性能,氢键同时会赋予其极好的吸水性,促进可降解聚酯的降解速率,以及提高可降解农膜地膜的保湿性。

具体地,上述含有马来酰亚胺基团的交联剂具有以下结构:

其中n为2,R

其中m为2-20。

在以上交联剂中,中间连接基团R

更优选地,上述含有马来酰亚胺基团的交联剂选自4,4'-双马来酰亚胺二苯甲烷、N,N’-间苯撑双马来酰亚胺中的一种或多种。

优选地,上述具有可逆交联特性的脂肪族聚酯中,马来酰亚胺基团与糠酰胺基的摩尔比为1:(0.1~100),更优选马来酰亚胺基团与糠酰胺基的摩尔比为1:(2~100)。

本申请还提供了上述脂肪族聚酯的制备方法,包括以下步骤:

(1)将脂肪族二元酸或其酯、脂肪族二元醇、含糠酰胺基的单体和催化剂加入反应器中,进行酯化反应;

(2)将反应器的温度升高,进行缩聚反应,得到含有糠酰胺基侧基的聚酯;

(3)将含有糠酰胺基侧基的聚酯和含有马来酰亚胺基团的交联剂混合均匀,然后进行化学交联反应,得到具有可逆交联特性的脂肪族聚酯。

上述含糠酰胺基的单体具有以下结构:

其中R

在本申请中,上述含糠酰胺基的单体可通过5-氨基间苯二甲酸或其酯与2-呋喃甲酰氯发生酰胺反应来制备得到。

例如,5-糠酰胺基间苯二甲酸的制备过程为:于冰水浴条件下,向二氯甲烷中加入5-氨基间苯二甲酸、2-呋喃甲酰氯和三乙胺,搅拌反应1~5小时,反应结束后减压除去二氯甲烷溶剂,得到产物,用去离子水洗涤3~5次,后于90℃下真空烘干,即制得5-糠酰胺基间苯二甲酸。其中,5-氨基间苯二甲酸、2-呋喃甲酰氯与三乙胺的摩尔比为1:1:0.1~1.0;5-氨基间苯二甲酸在溶剂二氯甲烷中的摩尔浓度为0.01~3mmol/mL。

优选地,上述脂肪族二元酸或其酯为C

更优选地,上述脂肪族二元酸或其酯选自乙二酸、丙二酸、丁二酸、丁二酸二甲酯、丁二酸二乙酯、戊二酸、戊二酸二甲酯、戊二酸二乙酯、己二酸、己二酸二甲酯、己二酸二乙酯中的一种或多种;上述脂肪族二元醇选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇中的一种或多种。

具体地,上述脂肪族二元酸或其酯、脂肪族二元醇、含糠酰胺基的单体三者的摩尔比为1:(1~4):(0.1~1)。

具体地,在上述步骤(1)中,催化剂选自钛酸四丁酯、三氧化二锑、氧化镁、乙酸锌、乙酸钠、乙酸钾、乙酸镍、乙酸锰、乙酸钴、乙酸镁、二氧化硅中的一种或多种。优选地,这些催化剂的加入量为脂肪族二元酸或其酯摩尔量的0.01%-1%,更优选0.1%-0.3%。

具体地,步骤(1)的反应温度为130~190℃,步骤(2)的反应温度为200~260℃。

优选地,在步骤(2)中,在缩聚反应完成后,反应产物再进行脱挥处理。具体地,采用仅设有脱挥段的双螺杆挤出机进行脱挥处理,具体的脱挥处理条件为:于150-180℃、绝压≤500Pa的条件下处理20-60min。在缩聚反应完成后再进行脱挥处理,可提高脂肪族聚酯的分子量、降低残单及灰分,从而提高聚酯的强度、伸长率以及材料品质。

优选地,含有糠酰胺基侧基的聚酯和含有马来酰亚胺基团的交联剂在静态混合器中进行混合;该静态混合器选自SK型静态混合器、SX型静态混合器或SV型静态混合器。

由于常规的搅拌式反应器的传热、搅拌效果有限,会导致马来酰亚胺基团与呋喃基团之间难以及时、有效地发生Diels-Alder反应,且搅拌式反应器中的搅拌扰动作用有限,使聚酯熔体内部局部区域的热量无法及时地传递出去,从而导致局部区域温度过高并引发热氧化降解等副反应的发生,以致最终所得的材料出现轻微泛黄的问题,这同样会对材料的熔融热稳定性、力学强度和耐热老化性产生不利影响。而采用静态混合器代替常规的搅拌式反应器,可避免上述问题,从而可提高热塑性聚酯材料的熔融热稳定性、力学强度和耐热老化性。

优选地,上述静态混合器包括至少两段温度梯度区间,第一段温度范围为120~150℃,第二段温度范围为150~210℃;也可采用三段或以上的温度梯度区间,例如,第一段温度范围为120~130℃,第二段温度范围为130~150℃,第三段温度范围为150~210℃。反应物料通过每段温度的时间为5-60min,具体可根据不同聚酯的种类和每段温度区间的温度大小进行调整。由于聚酯和交联剂需要在高于聚酯熔点的温度下混合均匀,而长时间的高温会导致聚酯热降解等问题,采用静态混合器混合时进行多段梯度升温,可避免高温阶段时间过长而导致聚酯热降解等问题,从而可提高脂肪族聚酯的产品质量。

具体地,经静态混合器混匀后的含有糠酰胺基侧基的聚酯和含有马来酰亚胺基团的交联剂的混合物料在50-80℃下进行交联反应2-20h,即得到具有可逆交联特性的脂肪族聚酯。

本申请提供的上述具有可逆交联特性的脂肪族聚酯可在一定条件下发生解交联反应,并可再进行化学交联,从而实现可重复加工。具体地,上述具有可逆交联特性的脂肪族聚酯可在90-180℃下进行解交联反应,反应时间为10-150min,然后再重复上述化学交联过程,重新获得制品。

本申请还提供了上述具有可逆交联特性的脂肪族聚酯在生物可降解塑料包装、薄膜材料、缓释材料和生物医用材料领域中的应用。

具体地,上述具有可逆交联特性的脂肪族聚酯还可用于可回收的塑料或弹性体材料的制备;当本申请提供的具有可逆交联特性的脂肪族聚酯制成的可回收的塑料或弹性体材料经使用后,将回收的塑料或弹性体材料在90-180℃下进行解交联反应10-150min,然后在50-80℃下进行交联反应2-20h,重新制得新的制品,从而实现了回收再利用。

实施例1

本实施例提供脂肪族聚酯的制备过程:

(1)将丁二酸、乙二醇和5-糠酰胺基间苯二甲酸按摩尔比1:1.65:0.1加入到常压反应器(例如常规的搅拌式反应釜)中,再加入丁二酸摩尔量的0.3%的钛酸四丁酯,然后于惰性气氛、常压下进行酯化反应,反应温度为165℃,直至不再有小分子馏分蒸出为止;

(2)将步骤(1)得到的物料转移至减压反应器(例如常规的搅拌式反应釜)中,将反应器温度升高至220℃,并将压力减小至绝压50Pa,进行缩聚反应,直至反应器中物料的特性黏度不再增加为止,将反应器中的物料转移至仅设有脱挥段的双螺杆挤出机中,于150℃、绝压≤500Pa的条件下,脱挥处理35min,即制得含有糠酰胺基侧基的聚酯;

(3)再将步骤(2)中制得的含有糠酰胺基侧基的聚酯冷却至120℃,然后输送至SK型静态混合器中,并在静态混合器的起始端加入4,4'-双马来酰亚胺二苯甲烷,其中4,4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的加入量为5-糠酰胺基间苯二甲酸摩尔量的10%;静态混合器内部为常压,共分为三段,第一段的温度为120℃,第二段的温度为136℃,第三段的温度为150℃,物料通过第一段的时间为5min,通过第二段的时间为10min,通过第三段的时间为15min;经静态混合器导出的混合物料在70℃下进行化学交联反应5h,经挤出造粒,即获得具有可逆交联特性的脂肪族聚酯。

实施例2

本实施例提供具有可逆交联特性的脂肪族聚酯的制备过程:

(1)将丁二酸、乙二醇和5-糠酰胺基间苯二甲酸按摩尔比1:1.65:0.2加入到常压反应器(例如常规的搅拌式反应釜)中,再加入占丁二酸摩尔量0.1%的三氧化二锑,然后于惰性气氛、常压下进行酯化反应,反应温度为130℃,直至不再有小分子馏分蒸出为止;

(2)将步骤(1)得到的物料转移至减压反应器(例如常规的搅拌式反应釜)中,将反应器温度升高至200℃,并将压力减小至绝压100Pa,进行缩聚反应,直至反应器中物料的特性黏度不再增加为止,将反应器中的物料转移至仅设有脱挥段的双螺杆挤出机中,于165℃、绝压≤500Pa的条件下,脱挥处理60min,即制得含有糠酰胺基侧基的聚酯;

(3)再将步骤(2)中制得的含有糠酰胺基侧基的聚酯冷却至125℃,然后输送至SK型静态混合器中,并在静态混合器的起始端加入4,4'-双马来酰亚胺二苯甲烷,其中4,4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的加入量为5-糠酰胺基间苯二甲酸摩尔量的1%;静态混合器内部为常压,共分为三段,第一段的温度为130℃,第二段的温度为150℃,第三段的温度为165℃,物料通过第一段的时间为10min,通过第二段的时间为20min,通过第三段的时间为30min;经静态混合器导出的混合物料在80℃下进行化学交联反应4h,经挤出造粒,即获得具有可逆交联特性的脂肪族聚酯。

实施例3

本实施例提供具有可逆交联特性的脂肪族聚酯的制备过程:

(1)将丁二酸、乙二醇和5-糠酰胺基间苯二甲酸按摩尔比1:1.65:0.5加入到常压反应器(例如常规的搅拌式反应釜)中,再加入占丁二酸摩尔量0.3%的钛酸四丁酯,然后于惰性气氛、常压下进行酯化反应,反应温度为170℃,直至不再有小分子馏分蒸出为止;

(2)将步骤(1)得到的物料转移至减压反应器(例如常规的搅拌式反应釜)中,将反应器温度升高至240℃,并将压力减小至绝压100Pa,进行缩聚反应,直至反应器中物料的特性黏度不再增加为止,将反应器中的物料转移至仅设有脱挥段的双螺杆挤出机中,于168℃、绝压≤500Pa的条件下,脱挥处理20min,即制得含有糠酰胺基侧基的聚酯;

(3)再将步骤(2)中制得的含有糠酰胺基侧基的聚酯冷却至140℃,然后输送至SK型静态混合器中,并在静态混合器的起始端加入4,4'-双马来酰亚胺二苯甲烷,其中4,4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的加入量为5-糠酰胺基间苯二甲酸摩尔量的25%;静态混合器内部为常压,共分为两段,第一段的温度为150℃,第二段的温度为208℃,物料通过第一段的时间为5min,通过第二段的时间为15min;经静态混合器导出的混合物料在60℃下进行化学交联反应10h,经挤出造粒,即获得具有可逆交联特性的脂肪族聚酯。

实施例4

本实施例提供具有可逆交联特性的脂肪族聚酯的制备过程:

(1)将丁二酸二甲酯、乙二醇和5-糠酰胺基间苯二甲酸按摩尔比1:1.65:0.3加入到常压反应器(例如常规的搅拌式反应釜)中,再加入占丁二酸二甲酯摩尔量0.2%的三氧化二锑,然后于惰性气氛、常压下进行酯化反应,反应温度为140℃,直至不再有小分子馏分蒸出为止;

(2)将步骤(1)得到的物料转移至减压反应器(例如常规的搅拌式反应釜)中,将反应器温度升高至236℃,并将压力减小至绝压60Pa,进行缩聚反应,直至反应器中物料的特性黏度不再增加为止,将反应器中的物料转移至仅设有脱挥段的双螺杆挤出机中,于180℃、绝压≤500Pa的条件下,脱挥处理20min,即制得含有糠酰胺基侧基的聚酯;

(3)再将步骤(2)中制得的含有糠酰胺基侧基的聚酯冷却至135℃,然后输送至SK型静态混合器中,并在静态混合器的起始端加入4,4'-双马来酰亚胺二苯甲烷,其中4,4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的加入量为5-糠酰胺基间苯二甲酸摩尔量的20%;静态混合器内部为常压,共分为三段,第一段的温度为140℃,第二段的温度为162℃,第三段的温度为172℃,物料通过第一段的时间为8min,通过第二段的时间为22min,通过第三段的时间为60min;经静态混合器导出的混合物料在65℃下进行化学交联反应9h,经挤出造粒,即获得具有可逆交联特性的脂肪族聚酯。

实施例5

本实施例提供具有可逆交联特性的脂肪族聚酯的制备过程:

(1)将丁二酸二甲酯、乙二醇和5-糠酰胺基间苯二甲酸按摩尔比1:1.65:0.4加入到常压反应器(例如常规的搅拌式反应釜)中,再加入占丁二酸二甲酯摩尔量0.3%的氧化镁,然后于惰性气氛、常压下进行酯化反应,反应温度为190℃,直至不再有小分子馏分蒸出为止;

(2)将步骤(1)得到的物料转移至减压反应器(例如常规的搅拌式反应釜)中,将反应器温度升高至260℃,并将压力减小至绝压100Pa,进行缩聚反应,直至反应器中物料的特性黏度不再增加为止,将反应器中的物料转移至仅设有脱挥段的双螺杆挤出机中,于180℃、绝压≤500Pa的条件下,脱挥处理20min,即制得含有糠酰胺基侧基的聚酯;

(3)再将步骤(2)中制得的含有糠酰胺基侧基的聚酯冷却至140℃,然后输送至SK型静态混合器中,并在静态混合器的起始端加入N,N’-间苯撑双马来酰亚胺,其中N,N’-间苯撑双马来酰亚胺的加入量为5-糠酰胺基间苯二甲酸摩尔量的50%;静态混合器内部为常压,共分为五段,第一段的温度为145℃,第二段的温度为180℃,第三段的温度为198℃,第四段的温度为206℃,第五段的温度为210℃,物料通过第一段的时间为5min,通过第二段的时间为5min,通过第三段的时间为15min,通过第四段的时间为20min,通过第五段的时间为30min;经静态混合器导出的混合物料在70℃下进行化学交联反应8h,经挤出造粒,即获得具有可逆交联特性的脂肪族聚酯。

实施例6

本实施例提供具有可逆交联特性的脂肪族聚酯的制备过程:

(1)将己二酸、1,4-丁二醇和5-糠酰胺基间苯二甲酸二甲酯按摩尔比1:1.65:0.5加入到常压反应器(例如常规的搅拌式反应釜)中,再加入占己二酸摩尔量0.2%的钛酸四丁酯,然后于惰性气氛、常压下进行酯化反应,反应温度为180℃,直至不再有小分子馏分蒸出为止;

(2)将步骤(1)得到的物料转移至减压反应器(例如常规的搅拌式反应釜)中,将反应器温度升高至250℃,并将压力减小至绝压100Pa,进行缩聚反应,直至反应器中物料的特性黏度不再增加为止,将反应器中的物料转移至仅设有脱挥段的双螺杆挤出机中,于170℃、绝压≤500Pa的条件下,脱挥处理20min,即制得含有糠酰胺基侧基的聚酯;

(3)再将步骤(2)中制得的含有糠酰胺基侧基的聚酯冷却至130℃,然后输送至SK型静态混合器中,并在静态混合器的起始端加入4,4'-双马来酰亚胺二苯甲烷,其中4,4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的加入量为5-糠酰胺基间苯二甲酸摩尔量的20%;静态混合器内部为常压,共分为两段,第一段的温度为140℃,第二段的温度为200℃,物料通过第一段的时间为5min,通过第二段的时间为20min;经静态混合器导出的混合物料在60℃下进行化学交联反应12h,经挤出造粒,即获得具有可逆交联特性的脂肪族聚酯。

对比例1

本对比例提供不具有可逆交联特性的脂肪族聚酯的制备过程:

(1)将丁二酸、乙二醇按摩尔比1:1.65加入到常压反应器(例如常规的搅拌式反应釜)中,再加入丁二酸摩尔量的0.3%的钛酸四丁酯,然后于惰性气氛、常压下进行酯化反应,反应温度为165℃,直至不再有小分子馏分蒸出为止;

(2)将步骤(1)得到的物料转移至减压反应器(例如常规的搅拌式反应釜)中,将反应器温度升高至220℃,并将压力减小至绝压50Pa,进行缩聚反应,直至反应器中物料的特性黏度不再增加为止,将反应器中的物料转移至仅设有脱挥段的双螺杆挤出机中,于150℃、绝压≤500Pa的条件下,脱挥处理35min,经挤出造粒,即制得脂肪族聚酯。

对比例2

本对比例与实施例1相比,不同的是本对比例的步骤(3)中,采用常规的搅拌式反应器进行化学交联反应,即:将步骤(2)中制得的含有糠酰胺基侧基的聚酯冷却至120℃后,输送至常规的搅拌式反应器中,并加入占5-糠酰胺基间苯二甲酸摩尔量10%的4,4'-双马来酰亚胺二苯甲烷,在温度为142℃下搅拌反应30min。除此以外,其它制备过程均相同。

对比例3

本对比例与实施例1相比,不同的是本对比例的步骤(2)中缩聚反应完成后,反应物料不进行脱挥处理,直接进行步骤(3)的制备过程。

将上述实施例和对比例制备的脂肪族聚酯按照以下方法进行性能测试,测试结果如表1所示。

(1)是否存在异味:将待测样品置于30℃、相对湿度为50%的恒温恒湿箱中,静置24小时,再取出样品,观察是否有异味以及异味是否明显;

(2)熔融热稳定性:依据GB/T 3682-2000测试样品的熔融指数MFR;

(3)拉伸强度:依据GB/T 1040.1-2006(拉伸速度为50mm/min)测试拉伸强度;每个样品测试5个样条,并取平均值;

(4)冲击强度:依据GB/T 1843-2008、ISO 180-2000/Amd 2-2013测试冲击强度;每个样品测试5个样条,并取平均值;

(5)热空气老化试验:在55℃、相对湿度为80%的条件下静置21天。

表1.脂肪族聚酯的性能测试结果

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从表1可以看出,相比对比例1-3制备的脂肪族聚酯,本申请实施例1-6制备的具有可逆交联特性的脂肪族聚酯均无异味,色泽品质好,熔融指数MFR低,拉伸强度和冲击强度高,以及热空气老化后的拉伸强度和冲击强度的变化率低,说明具有良好的耐热老化性。

对比实施例1和对比例1可以看出,对比例1中的脂肪族聚酯不进行化学交联时,不仅有轻微异味、还存在泛黄现象,并且熔融指数MFR远高于实施例1,力学强度和耐热老化性也明显不如实施例1,说明向脂肪族聚酯体系中引入交联结构,有利于显著改善脂肪族聚酯的力学强度和耐热老化性以及色度品质。

对比实施例1和对比例2可以看出,对比例2中采用常规搅拌式反应器对聚酯和交联剂混合,导致最终得到的脂肪族聚酯材料出现轻微泛黄、并对材料的熔融热稳定性、力学强度和耐热老化性均产生了不利影响,说明实施例1采用的静态混合器可避免常规搅拌式反应器的搅拌不充分和传热效果不良对产品色度品质、力学强度和耐热老化性的不利影响。

对比实施例1和对比例3可以看出,对比例3在步骤(2)不进行脱挥处理,导致最终脂肪族聚酯材料具有轻微异味,且色泽轻微泛黄,而且材料的力学强度及耐热老化性变差。这是由于没有经过脱挥处理时,最终所得的材料中残留有较多的未被键合至聚合物分子链中的小分子单体或单体寡聚体,这些物质容易发生氧化变质,从而影响色度品质、力学强度和耐热老化性。

以上说明,本申请提供的制备方法能显著改善脂肪族聚酯材料的色度品质,能有效消除或避免脂肪族聚酯产品存在异味的现象,并具有良好的熔融热稳定性、优异的力学强度和良好的耐热老化性。

最后说明的是,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本申请技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本申请的权利要求范围当中。

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