[发明专利]一种可生物降解的多嵌段结构聚酯及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子化合物，尤其涉及一种可生物降解的多嵌段结构聚酯及其制备方法和用途。

背景技术

随着塑料用量的与日俱增，废弃塑料所造成的“白色污染”已成为危害社会环境的世界性公害，开发可降解塑料已成世界范围的研究热点。而生物可降解聚合物的合成和应用越来越引起人们重视，其中，合成的生物可降解聚酯受到了广泛的关注，主要是因为这些合成聚酯的结构参数和组成都具有很好的可调控性，进而可以设计不同应用性能的聚合物材料。典型的合成聚酯包括聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚羟基烷酸酯（PHAs）、聚丁二酸丁二酯（PBS）、聚丁二酸/己二酸-丁二醇酯（PBSA）、聚丁二酸/对苯二甲酸丁二醇酯等（PBST）、聚丁二酸/对苯二甲酸丁二醇酯等（PBAT）等。

通常，聚酯聚合物中最为关键的设计要点为聚合物的组成和拓扑结构。截至目前，通过调节原料的比例，很多研究单位和公司都已经合成了各种品牌的聚酯产品，例如BASF公司的PBAT树脂，广州金发科技有限公司的PBSA树脂等。但是，这些聚酯的拓扑结构都较为单一，可以被看作是均聚物，或者满足了聚合物的机械强度要求但却降低了聚合物的可降解性能，或者满足了聚合物的可降解性能但却降低了聚合物的机械强度，这些产品很难同时兼顾机械强度要求和可降解性能要求。如果要解决这一问题，通过设计并改变聚酯的拓扑结构将是一种非常有效的方法。

然而，迄今为止，少有工作通过改变聚酯的拓扑结构来对聚酯进行性能改性，例如，多嵌段结构的聚酯，可以明显提高材料性能的同时，还可以解决聚合物之间的相容性问题。在本发明中，我们通过对聚合工艺的优化，采用简单的合成工艺，合成新型的可生物降解的多嵌段结构聚酯。可通过调整聚合物中各嵌段的长度和组成，最终使聚合物同时具备较高的机械强度和可调控的生物可降解性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是提供一种可生物降解的多嵌段结构聚酯。

本发明要解决的技术问题之二是提供该可生物降解的多嵌段结构聚酯的制备方法。

在本发明的一方面，提供一种可生物降解的多嵌段结构聚酯，其结构式如下：

其中，A为脂肪-芳香聚酯嵌段，其数均分子量为300-20,000g/mol；B为脂肪聚酯嵌段，其数均分子量为200-20,000g/mol；该可生物降解的多嵌段结构聚酯的总数均分子量为10,000-1,000,000g/mol；n为1-20,000的整数；X为-OH或-COOH；Y为-OH或-COOH。

上述“脂肪-芳香聚酯嵌段”是指该聚酯嵌段由脂肪族重复单元和芳香族重复单元组成。

上述“脂肪聚酯嵌段”是指该聚酯嵌段完全由脂肪族重复单元组成。

在本发明的另一方面，提供该可生物降解的多嵌段结构聚酯的制备方法，包括如下步骤：步骤（1），在催化剂的存在下，在A反应釜中，由脂肪族二元醇和脂肪族二元酸、酰氯或酸酐和芳香族二元酸、酰氯或其酯进行缩聚反应得到A嵌段聚酯预聚物；步骤（2），在催化剂的存在下，在B反应釜中，由脂肪族二元醇和脂肪族二元酸、酰氯或酸酐进行缩聚反应得到B嵌段脂肪聚酯预聚物。步骤（3），在催化剂的存在下，在C反应釜中，将一定重量比例的A嵌段和B嵌段聚酯预聚物混合并使其进行缩聚反应，制备得到多嵌段结构聚酯。其中，步骤（1）和步骤（2）的顺序能对换，或两步骤同时进行；步骤(3)中的催化剂是由步骤（1）和步骤（2）中引入的催化剂，或者再补充加入催化剂。

上述“脂肪族二元醇”是指含侧基或不含侧基的烷烃C2-C18结构的二元醇，或为环氧乙烷、环氧丙烷或四氢呋喃的齐聚物二元醇。

上述“脂肪族二元酸、酰氯或酸酐”是指含侧基或不含侧基的烷烃C2-C16结构的二元酸、酰氯，或丁二酸酐、戊二酸酐，或2-丁烯二酸。

上述“芳香族二元酸、酰氯或其酯”是指对（或邻）苯二甲酸、对（或邻）苯二甲酰氯、对（或邻）苯二甲酸二甲酯或对（或邻）苯二甲酸二乙酯。

上述“缩聚反应”是指二元醇单体和二元酸、酰氯或酯以形成酯键的形式聚合成聚合物。

作为优选的技术方案，其中：

在步骤（1）和步骤（2）中，所使用的脂肪族二元醇为一种脂肪族二元醇或以任意比例混合的多种脂肪族二元醇的混合物，脂肪族二元醇的结构为：

在步骤（1）和步骤（2）的合成中，所使用的脂肪族二元酸、酰氯或酸酐为一种脂肪族二元酸、酰氯或酸酐，或以任意比例混合的多种脂肪族二元酸、酰氯或酸酐的混合物，脂肪族二元酸、酰氯或酸酐的结构为：