一种耐高温芳香族-脂肪族生物基聚酯弹性体及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高温芳香族

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温芳香族-脂肪族生物基聚酯弹性体及制备方法


[0001]本专利技术涉及聚酯
，进一步地说，是涉及一种耐高温芳香族-脂肪族生物基聚酯弹性体及制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着科学技术的发展，生物基材料的种类和品种也越来越多，应用也越来越广泛。由于生物基材料是一种绿色环保型材料，这符合当今的可持续发展战略，加上目前生物基单体种类也日趋丰富，可以合成的生物基聚合物种类也越来越多，生物基聚酯弹性体就是其中之一。生物基聚酯弹性体的应用随着生物基单体种类的丰富也是在逐渐的拓宽，现阶段可以应用在耐油材料中，可降解材料中；但是，生物基聚酯弹性体也有其不足之处，主要体现在其力学性能和耐热性能还有待提高。
[0003]芳香族-脂肪族聚酯材料是由芳香族单体和脂肪族单体共聚合成的，其分子链主链上含有苯环结构，这一结构在虽然一定程度上限制了聚合物分子链的运动，但是苯环结构的引入却提高的聚合物材料的耐热性和力学性能。但是，目前这些常见的芳香族-脂肪族共聚酯材料玻璃化转变温度高，弹性差，降解性能较差且不能应用于轮胎。
[0004]因此，提高芳香族-脂肪族聚酯材料的弹性和降解性是目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种耐高温芳香族-脂肪族生物基聚酯弹性体及制备方法。本专利技术制备的生物基聚酯弹性体具有优异的力学性能和耐热性能，可以有望应用于轮胎行业和其他一些对热性能要求比较高的领域。
[0006]本专利技术的目的之一是提供一种耐高温芳香族-脂肪族生物基聚酯弹性体。
[0007]所述芳香族-脂肪族生物基聚酯弹性体的结构如下所示：
[0008][0009]其中，x,y,z,u,v,w为0-0.55摩尔分数；x,y,z,u,v,w不同时为零；
[0010]a,b,c为0-0.63摩尔分数；a,b,c不同时为零；
[0011]d为0-0.10摩尔分数；e为0-0.5摩尔分数。
[0012]所述生物基聚酯弹性体是由包括以下组分的原料制备而得：
[0013]各组分按重量份数计，
[0014][0015][0016]所述单体A为1,4-丁二醇，1,3-丙二醇，二甘醇，三甘醇，乙二醇，2,3-丁二醇，1,5-戊二醇，1,6-己二醇中任意两种；
[0017]所述单体B为丁二酸，己二酸，癸二酸，戊二酸，壬二酸中任意两种；
[0018]所述单体C为对苯二甲酸，呋喃二甲酸，邻苯二甲酸，间苯二甲酸中的一种。
[0019]所述单体C在所有单体中的摩尔分数为2.5-30％，
[0020]各组分优选的用量范围是：
[0021]各组分按重量份数计，
[0022][0023]所述催化剂为钛系催化剂及其溶液、锑系催化剂及其溶液、或锗系催化剂及其溶液。
[0024]当催化剂为溶液时，催化剂溶液的浓度优选为10～100g/L。
[0025]所述抗氧剂可采用本领域的常规抗氧剂，如：磷酸、亚磷酸以及它们的化合物，优选磷酸、亚磷酸、磷酸酯、亚磷酸酯、磷酸苯酯、亚磷酸苯酯的一种或者组合。技术人员可以根据实际情况进行选择。
[0026]所述阻聚剂可采用本领域常规的阻聚剂，如：酚类阻聚剂、醚类阻聚剂、醌类阻聚剂或芳胺类阻聚剂，优选对苯二酚、对叔丁基邻苯二酚、对羟基苯甲醚、苯醌、二苯胺、对苯二胺中的一种或者组合。技术人员可以根据实际情况进行选择。
[0027]本专利技术的单体A和单体B作为脂肪族单体，其分子链比较柔顺，这为芳香族-脂肪族共聚酯的高弹性奠定基础；单体C则是芳香族单体，在提高材料耐热性能，力学性能和抗湿滑性能方面有着不错的效果；衣康酸则是交联单体，便于后续的交联反应。
[0028]为了提高聚酯弹性体的热性能和力学性能，本专利技术引入了含苯环的芳香族单体，如对苯二甲酸、邻苯二甲酸以及含有五元环的呋喃二甲酸,将其和其他脂肪族生物基单体进行共聚，合成芳香族-脂肪族共聚酯弹性体材料。通过调节芳香族单体的加入量来调节共聚酯材料的玻璃化转变温度，从而设计合成出不同玻璃化转变温度的共聚酯材料，进而应用在不同的应用领域。
[0029]目前常见的脂肪族共聚酯材料玻璃化转变温度高，弹性差，降解性能较差且不能应用于轮胎，因为它们没有交联；而本专利技术所合成制备的芳香族-脂肪族共聚酯材料为生物基材料，且是弹性体材料，可以应用于轮胎行业。汽车轮胎材料的力学性能尤其是拉伸强度需要达到16.0MPa，抗湿滑性能也需要提高，因此需要引入芳香族结构来提高其力学性能，与此同时，引入芳香族结构，提升了玻璃化转变温度，也会改善其抗湿滑性能。
[0030]此外，由于苯环的平面六边形结构，其与石墨烯材料在结构上有一定的相似度，这种芳香族-脂肪族共聚酯还可以有望和石墨烯材料进行复合，从而在导电导热领域有着更大的应用。
[0031]本专利技术引入衣康酸是将其作为交联单体，在后续的加工过程中可以进行交联反应，实现高弹性，从而有望应用于轮胎行业。
[0032]本专利技术的目的之二是提供一种芳香族-脂肪族生物基聚酯弹性体的制备方法。
[0033]所述方法包括：
[0034](1)除催化剂之外的所述组分按所述用量混合，160℃～200℃，常压通N2,反应2～4h，；
[0035](2)在氮气氛围下加入催化剂用量的30％～40％，在190℃～220℃下，常压通氮气反应2～5h，直至体系澄清透亮；
[0036](3)加入剩余催化剂，在200℃～240℃，真空状态下反应2～16h，脱除体系中的小分子和水，然后冷却至室温，制得所述芳香族-脂肪族生物基聚酯弹性体。
[0037]其中，优选：
[0038]步骤(1)中，反应温度为170℃～190℃，反应时间为2～3h；
[0039]步骤(2)中，反应温度为200℃～210℃；反应时间为2～4h；
[0040]步骤(3)中，反应温度为210℃～230℃；反应时间为2～6h。
[0041]芳香族-脂肪族生物基共聚酯弹性体作为一种新型可降解的材料，只要其生物基含量大于70％即可称之为生物基材料。本申请的制备方法分为酯化和缩聚两个步骤，酯化阶段采用多段酯化，在不同温度下进行，目的是确保反应活性差别较大的单体均反应完毕，因为芳香族单体反应活性较低，需要在较高温度下反应确保芳香族单体充分反应。
[0042]现有技术的脂肪族聚酯弹性体在没有添加补强填料的情况下，拉伸强度可达1.35MPa，加了炭黑后，拉伸强度可达12.0MPa，最大热失重温度最高可达430℃，玻璃化转变温度仍然可以维持在-30℃以下，而在没有引入芳香族单体的条件下，共聚酯材料的生胶拉伸强度不到1.0MPa，加入补强填料炭黑后拉伸强度也在10.0MPa，最大热失重温度在380℃～390℃。在以后的工作中，仍可以继续调节芳香族单体的量来进一步改善芳香族-脂肪族共聚酯材料的力学性能和热性能。
[0043]本专利技术的目的之三是提供一种由所述方法制备的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温芳香族-脂肪族生物基聚酯弹性体，其特征在于：所述芳香族-脂肪族生物基聚酯弹性体的结构如下所示：其中，x,y,z,u,v,w为0-0.55摩尔分数；x,y,z,u,v,w不同时为零；a,b,c为0-0.63摩尔分数；a,b,c不同时为零；d为0-0.10摩尔分数；e为0-0.5摩尔分数。2.如权利要求1所述的聚酯弹性体，其特征在于：所述生物基聚酯弹性体是由包括以下组分的原料制备而得：各组分按重量份数计，各组分按重量份数计，所述单体A为1,4-丁二醇，1,3-丙二醇，二甘醇，三甘醇，乙二醇，2,3-丁二醇，1,5-戊二醇，1,6-己二醇中任意两种；所述单体B为丁二酸，己二酸，癸二酸，戊二酸，壬二酸中任意两种；所述单体C为对苯二甲酸，呋喃二甲酸，邻苯二甲酸，间苯二甲酸中的一种。3.如权利要求2所述的聚酯弹性体，其特征在于：
所述单体C在所有单体中的摩尔分数为2.5-30％。4.如权利要求2所述的聚酯弹性体，其特征在于：各组分按重量份数计，5.如权利要求2所述的聚酯弹性体，其特征在于：所述催化剂为钛系催化剂及其溶液、锑系催化剂及其溶液、或锗系催化剂及其溶液。6.如权利要求5所述的聚酯弹性体，其特征在于：催化剂溶液的浓度为10～100g/L...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朝，唐帅，张立群，李娇，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：