[发明专利]含环状糖醇结构的可完全生物降解脂肪族共聚酯及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于可完全生物降解的脂肪族共聚酯及其制备技术领域，具体涉及一种基于可再生生物质的可完全生物降解的脂肪族共聚酯及其制备方法，特别涉及含刚性环状糖醇结构的可完全生物降解脂肪族共聚酯及其制备方法，该共聚酯具有优异的热性能、降解性能及力学性能。

背景技术

高分子材料是与无机非金属材料和金属材料并列的三大基本材料之一，它作为当今世界用途最广、产量最大、品种最多的一种材料，为人类社会的发展做出了巨大贡献。但是，它也面临极大的挑战：一方面，传统高分子材料废弃后难以降解，大量应用无疑会带来严重的环境污染问题，另一方面，作为高分子材料的主要原料，石油的储量是有限的，随着时间的推移，使用量的增加，这无疑会带来高分子材料原料的短缺问题，使成本持续上涨，从而限制高分子材料的可持续发展。解决这些问题最有效的方法就是利用可再生生物质合成可完全生物降解的高分子材料。

脂肪族聚酯作为一类环境友好可生物降解高分子材料，以其具有原料来源丰富、结构和性能可控、良好的生物降解性及优异的加工性等优点，倍受人们的青睐。虽然脂肪族聚酯的综合性能表现优异，但其本身也存在一些不足，如结晶度高，降解性能不够好，断裂伸长率、玻璃化转变温度及熔体强度偏低等，这在一定程度上限制了其应用。因此，为了拓展脂肪族聚酯的应用范围，很多学者通过共聚对其进行改性。

在脂肪族聚酯的传统共聚改性中，含苯环或脂环的刚性结构常被人们引入脂肪族聚酯链中以获得一种具有较高热性能及力学性能，同时仍具有一定生物降解性能的高分子材料。如Papageorgiou等(Papageorgiou,G.Z；Vassiliou,A.A；Karavelidis,V.D；Koumbis,A；Bikiaris,D.N.Macromolecules.2008(41):1775-1684)合成了聚对苯二甲酸丙二醇酯/聚丁二酸丙二醇酯无规共聚物(PPT-PPSu)，当对苯二甲酸丙二醇酯组分的含量为0～50％时，该共聚物的力学性能较纯PPSu有所提高，且共聚物的降解性能也随着丁二酸丙二醇酯组分的增多而提高，但其降解速率仍低于纯PPSu。此外，Tsai等(Tsai,Y；Jheng,L.C；Hung,C.Y.Polym Degrad Stab.2010(95):72-78)还以1,3/1,4-环己烷二甲醇、琥珀酸及1,4-丁二醇为原料合成了聚丁二酸环己烷二甲醇酯/聚丁二酸丁二醇酯无规共聚物(PBSC)，当1,3/1,4-环己烷二甲醇的含量增至40％时，共聚酯的玻璃化转变温度由纯PBS的-34.4℃增至-23.1℃，且其拉伸强度降低，断裂伸长率增加。以上研究说明刚性结构单元的引入可以得到性能更加优异的脂肪族共聚酯，但传统共聚改性的问题是：所用的芳香苯环或脂环结构来源于有限的石化资源，不利于其可持续发展；该类结构基本不能生物降解，不仅共聚酯的生物降解性随其含量的增加而降低，而且其玻璃化转变温度提升幅度也较低等。因此，寻找新的生物基来源的、可生物降解的刚性结构以取代传统石油基结构对脂肪族聚酯进行共聚改性将具有重要意义。