[发明专利]脂肪族聚酯离子聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于脂肪族聚酯聚合物及其制备技术领域，具体涉及一种脂肪族聚酯离子聚合物及其制备方法。

背景技术

脂肪族聚酯作为热性能、加工性能与力学性能优异的生物可降解热塑性聚合物虽然备受青睐，但是与传统塑料如聚乙烯相比，脂肪族聚酯也存在很多缺点。以其中最具发展潜力的脂肪族聚酯之一聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为例，虽然PBS具有优异的热稳定性、较高的熔点与良好的力学性能，但其熔体强度与熔体粘度低，加工性能特别是吹膜性差，即使能吹塑成膜，膜制品的耐撕裂性也很差。此外，PBS的降解速度慢且不可控，这些缺陷严重制约了PBS的应用。

为了克服这些缺陷，国内外学者围绕PBS的改性开展了大量研究工作，研发了很多改性方法，包括物理共混法、化学共聚法与微纳米复合改性法等，其中最有效的是化学共聚法。化学共聚法中有引入对苯二甲酸制备的共聚酯PBST，该共聚酯PBST具有与BASF公司的Ecoflex相似的结构与性能。虽然引入苯环能改善PBS的吹膜性，但会进一步影响PBS的降解速度，即PBST的降解速度会随BT(对苯二甲酸丁二醇酯)组分含量增加而降低。又有加入第三脂肪族单体如乙二醇等与丁二酸、丁二醇共聚来改善PBS的韧性、延展性等性能的，但通常会造成力学强度、结晶速度与熔点等的降低，不利于实际应用(Gan,Z.H.；Abe,H.；Kurokawa,H.；Doi,Y.Solid-State Microstructures,Thermal Properties,and Crystallization of Biodegradable Poly(butylene succinate(PBS)and Its Copolyesters.Biomacromolecules 2001,2,605-613.)。

另外，通过引入支化单体改变PBS的拓扑结构，制备短支链或长链支化PBS，也能改善其某些性能，如加入1,2-丁二醇、1,2-己二醇或1,2-辛二醇与丁二酸、丁二醇共聚可获得不同支链长度的短支链PBS，这对改善PBS降解性、耐撕裂性与韧性方面具有积极意义，但对改善PBS熔体性质与加工性能的意义不大。加入官能度大于2的单体与丁二酸、丁二醇共聚可获得长链支化PBS，长链支化在改善PBS的熔体粘度、储能模量与拉伸强度方面的效果优于短支链改性，但会一定程度上降低PBS的韧性与断裂伸长率【韩艳萍，杨景辉.支化改性对聚丁二酸丁二醇酯性能影响.塑料工业.2012(12):29-32；李晋，刘俊红，黄勇.柠檬酸对合成聚丁二酸丁二醇酯性能的影响.塑料科技,2013(5):79-82】。

还有报道是在制备脂肪族聚酯体系中加入离子单体来合成离子聚合物，通过离子相互作用形成离子聚集体，能起到物理交联作用，对改善脂肪族聚酯的性能有较大帮助。但关于脂肪族聚酯离聚物的报道较少，通常是将间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠与脂肪族单体通过酯化-缩聚法制备【Hana,S.-I.；Ima,S.S.；Kim,D.K.Dynamic mechanical and melt rheological properties of sulfonated poly(butylene succinate)ionomers.Polymer 2003,44,(23),7165-73.】。引入少量间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠虽可一定程度上改善脂肪族聚酯的流变性能和力学性能等，但由于间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠反应活性较低，引入后使得聚合反应变得较为困难，故文献报道的脂肪族聚酯离聚物特性黏数通常低于1.2dL/g，使其在加工过程中，随着温度的升高，熔体粘度和强度仍然下降很快，剪切变稀也十分明显，无法通过流延、吹膜等方式来制备薄膜制品，即便能制得薄膜，其抗撕裂性能也非常差。因此限制了该生物降解脂肪族聚酯离聚物在薄膜领域的应用。

发明内容

本发明的首要目的是针对现有技术的不足，设计提供一种含有季铵盐离子基团的脂肪族聚酯离子聚合物。

本发明的另一目的是提供一种制备上述脂肪族聚酯离子聚合物的方法。

本发明设计提供的脂肪族聚酯离子聚合物，其结构通式为：

或