[发明专利]一种气凝胶催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气凝胶催化剂，以及该气凝胶催化剂的制备方法。

背景技术

目前广泛应用于工业及日常生活中的热塑性芳香族聚酯有着优良热稳定性能和力学性能，便于加工，价格低廉。例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，已广泛应用于纤维、膜和容器的制造中。然而，这些芳香族聚酯在使用废弃后难以降解，至今也没有观察到微生物对芳香族聚酯如PET、PBT有任何明显的直接降解。为了结合芳香族聚酯的优良性能，20世纪80年代以来，本领域技术人员致力于合成脂肪-芳香族共聚酯的研究，即在脂肪族聚酯中引入芳香链段，既保证了该共聚酯具有芳香族聚酯的优良性能，又保证了该共聚酯的可生物降解性。

能够合成聚酯的催化剂几乎涉及了除卤族元素和惰性元素之外的所有主副族元素，但是，目前工业生产应用和研究较多的聚酯催化剂主要是锑、锗、钛三个系列的化合物。使用最为普遍的锑系催化剂虽然催化活性高，对副反应促进小，价格便宜，但它在反应中会还原成锑，使聚酯呈灰雾色；另外，锑系催化剂也具有毒性，在生产过程中会造成污染，增加了后处理费用。锗系聚酯催化剂合成的聚酯色相较好，但其催化活性比锑系低，所得聚酯醚键较多，熔点较低，而且由于自然界中的锗资源稀少，锗系催化剂价格昂贵，也限制了其在聚酯生产中的广泛应用。而长期以来，钛系催化剂由于其较高的催化活性和安全环保性而成为目前研究最多的一类聚酯催化剂。在聚酯的合成中，与锑系催化剂相比，钛系催化剂添加量较小，又可缩短缩聚反应时间；而与锗系催化剂相比，钛系催化剂成本相对较低。早期使用的钛系催化剂是钛的无机盐(如氟钛酸钾、草酸钛钾等)或有机酯类(如钛酸四丁酯等)，它们一直存在着稳定性差和聚酯产品泛黄、混浊的缺点。

近年来，随着环保要求的不断提高，本领域技术人员开发了许多新型钛系聚酯缩聚催化剂。例如，CN 1138339A公开了使用TiO₂/SiO₂的共沉淀物或TiO₂/ZrO₂的共沉淀物作为聚酯缩聚催化剂。虽然该专利申请中使用的聚酯缩聚催化剂的催化活性得到了提高，聚酯产品的色相得到了一定的改善，但是聚酯产品的色泽仍旧会发黄。因此，需要开发一种新型的钛系催化剂来生产可生物降解共聚酯。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的钛系聚酯缩聚催化剂的上述缺陷，提供了一种气凝胶催化剂，采用该气凝胶催化剂制备的可生物降解共聚酯的黄色指数较小。

本发明提供了一种气凝胶催化剂，其中，该气凝胶催化剂为含有TiO₂和SiO₂的气凝胶颗粒，该气凝胶颗粒的颗粒直径为10-200纳米，密度为30-600mg/cm³。

本发明还提供了一种气凝胶催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将钛源和硅源的混合溶液共沉淀，得到TiO₂-SiO₂的共沉淀物；(2)将所述TiO₂-SiO₂的共沉淀物与一种醇接触，得到TiO₂-SiO₂的醇凝胶；(3)使所述TiO₂-SiO₂的醇凝胶在超临界介质的存在下进行超临界干燥；所述醇为C1-C4的醇，所述超临界介质为二氧化碳、甲醇或乙醇。

本发明还提供了另一种气凝胶催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将SiO₂气凝胶颗粒与钛源溶液混合，并将得到的混合液体共沉淀，得到包覆SiO₂的TiO₂-SiO₂的共沉淀物；(2)将所述TiO₂-SiO₂的共沉淀物与一种醇接触，得到TiO₂-SiO₂的醇凝胶；(3)使所述TiO₂-SiO₂的醇凝胶在超临界介质的存在下进行超临界干燥；所述醇为C1-C4的醇，所述超临界介质为二氧化碳、甲醇或乙醇。

根据试验检测表明，采用本发明的气凝胶催化剂制备的可生物降解共聚酯的黄色指数较小。而且，本发明提供的所述催化剂在制备聚酯的过程中表现出较高的活性，其原因可能是该气凝胶催化剂不易发生团聚现象。

具体实施方式