[发明专利]水溶性共聚多酯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料合成领域，尤其涉及一种包含来自生物质的原料呋喃二甲酸的水溶性共聚多酯的制备。

背景技术

聚酯是由多元酸或其酯和多元醇组分通过酯化或酯交换反应得到的一种高分子树脂，水溶性聚酯则是在聚酯链中引入亲水性基团使其具备亲水性，已广泛应用于纺织浆料、水性涂料以及水性烤漆等诸多领域。

现有技术制备水溶性聚酯的主要原料为对苯二甲酸，虽然目前对苯二甲酸的产量很大，能够满足需求，但它是一种来自化石资源的产品，生产过程会产生大量碳排放，随着石油资源的日益枯竭以及人们环保意识的不断提高，寻找基于可再生资源的原料来全部或部分代替石化原料已成为高分子材料领域的发展趋势。

现有技术制备水溶性聚酯主要是通过添加第三单体间苯磺酸盐等离子型基团来提供亲水性，水溶性的获得和改善一直是水溶性聚酯研究的一个重要课题，到目前为止，大多数研究都是在现有基础上添加亲水性单体，而鲜少有针对对苯二甲酸等二元羧酸的研究。本发明因此而来。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用生物质基原料来合成水溶性共聚多酯及其制备方法，其具有与以对苯二甲酸为主要原料得到的水溶性聚酯相似的性能，但具有比后者更为优良的亲水性。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种水溶性共聚多酯，其特征在于所述水溶性共聚多酯通过以二元羧酸或其酯、间苯磺酸盐、2,5-呋喃二甲酸、二元醇为原料，依次经酯化或酯交换反应和缩聚反应获得；所述水溶性共聚多酯的玻璃化转变温度为30~60℃；在35℃下，邻氯苯酚为溶剂，水溶性共聚多酯的固有粘度至少为0.25dL/g。

本发明的另一目的在于提供一种制备所述的水溶性共聚多酯的方法，其特征在于通过以二元羧酸或其酯、间苯磺酸盐、2,5-呋喃二甲酸、二元醇为原料进行投料，通过酯化或酯交换反应和缩聚反应获得；具体包含以下步骤：

将二元羧酸或其酯、二元醇、间苯磺酸盐、2,5-呋喃二甲酸、酯化催化剂或酯交换催化剂混合，在常压惰性环境下，升温到160~275℃，酯化或酯交换反应进行1~5小时；当副产物收集量大于理论值的95%后，再加入缩聚催化剂和稳定剂，保持温度在210~290℃之间，减压到500Pa以下，进行缩聚反应1~8小时。

优选的，所述方法中酯化或酯交换反应温度控制在180~270℃，反应时间控制在2~5小时；缩聚反应温度控制在220~290℃，反应压力控制在100Pa以下，反应时间控制在1~6小时。

优选的，所述二元羧酸或其酯选自对苯二甲酸或其酯、间苯二甲酸或其酯、邻苯二甲酸或其酯、丁二酸、戊二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、1,4-环己烷二甲酸的一种或两种以上的任意组合；所述二元醇选自乙二醇，二甘醇，1,5-戊二醇，1,4-丁二醇，1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、新戊二醇、己二醇、1,4-环己烷二甲醇、聚乙二醇的一种或两种以上的任意组合；所述间苯磺酸盐选自间苯二甲酸-5-磺酸钠、间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠、间苯二甲酸二乙酯-5-磺酸钠、间苯二甲酸-5-磺酸钾、间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钾、间苯二甲酸-5-磺酸锂的一种或两种以上的任意组合。

优选的，所述方法中的二元羧酸或其酯选用对苯二甲酸或其酯与间苯二甲酸或其酯的混合物；其中对苯二甲酸或其酯用量为相对于酸当量总量的0mol%~80mol%，所述间苯二甲酸或其酯用量为相对于酸当量总量的5mol%~30mol%。

优选的，所述间苯磺酸盐选自间苯二甲酸-5-磺酸钠、间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠，且间苯磺酸盐的用量为相对于酸当量总量的5mol%~25mol%。

优选的，所述呋喃二甲酸用量为相对于酸当量总量的1mol%~80mol%。

优选的，所述方法按醇酸当量比为(1.5~3.0):1进行起始投料。

优选的，所述方法中酯交换催化剂或酯化催化剂选自醋酸镁、醋酸锌、醋酸锰、氧化二丁基锡、钛酸四丁酯的一种或两种以上的任意组合；缩聚催化剂选自三氧化二锑、醋酸锑、二氧化锗中的一种或两种以上的任意组合；所述稳定剂选自磷酸、磷酸酯化物、亚磷酸、亚磷酸酯化物的一种或两种以上的任意组合。

本发明人经长期研究发现，植物纤维素通过一系列转化可以高产率地得到2,5-呋喃二甲酸，这是一种与对苯二甲酸结构相似的化合物，因此可部分或全部取代对苯二甲酸进行水溶性聚酯的合成。本发明使用来源于生物质的2,5-呋喃二甲酸部分或全部取代对苯二甲酸，不仅更具环保性，而且由于2,5-呋喃二甲酸中含有可形成氢键的醚氧键，使得其亲水性大大加强。