[发明专利]一种脂肪族聚碳酸酯二元醇及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物材料的技术领域，更具体的，涉及一种脂肪族聚碳酸酯二元醇及其制备方法。

背景技术

聚氨酯是由异氰酸酯和多元醇通过缩聚反应得到的高分子化合物。工业规模生产的聚氨酯树脂主要的软链段部分的原料，可以分类为聚四亚甲基二醇代表的醚类、己二酸酯代表的聚酯二元醇类，聚己内酯代表的聚内酯类和聚碳酸酯二元醇代表的聚碳酸酯类。

其中脂肪族聚碳酸酯二元醇（APC）是一种分子内有多个碳酸酯基、由羟基封端的化合物，结构式如下：。由于其分子链具有较大的柔顺性，因而可作为合成新一代聚碳酸酯型聚氨酯（PCU）软段、及聚酯的原料。

聚碳酸酯型聚氨酯是一种新型的聚氨酯材料，具有优良的力学性能、耐水解性、耐热性、耐氧化性及耐磨性，因而，聚碳酸酯二元醇及相应的聚碳酸酯型聚氨酯新材料的开发愈来愈受到行业内的重视。

脂肪族聚碳酸酯二醇（APC）的合成包括传统的光气法、酯交换法、环状碳酸酯开环聚合法和二氧化碳与环氧化物的调节聚合法等。由于使用的原料光气剧毒，且副产大量的氯化氢，对设备造成严重腐蚀，生成条件恶劣，污染大，光气法基本已被淘汰。二氧化碳环氧化物共调节法的特点是原料成本低，但只能合成特定环氧化物结构的聚碳酸酯二醇，并且在制备过程中需要使用大量的催化剂。而环状碳酸酯开环聚合法中，原料六元环及大于六元环的环状碳酸酯制备困难，且在开环过程中分子量控制较难，容易形成高分子量APC。酯交换法采用二元醇和碳酸酯为原料进行酯交换反应得到聚碳酸酯二醇，调整二元醇的种类可以合成多种结构的聚碳酸酯二醇，其中小分子多元醇和碳酸酯的酯交换反应最为成熟，这种方法尽管原料易得，但合成的APC成本相对较高。

以上的所有制备方式都是通过小分子合成较低分子量的聚碳酸酯二元醇，而从高分子量的聚碳酸酯制备低分子量的聚碳酸酯二元醇的手段现在还处于空白阶段。

发明内容

本发明的目的在于解决现有脂肪族聚碳酸酯二元醇制备方法的技术问题，提供一种脂肪族聚碳酸酯二元醇的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种脂肪族聚碳酸酯二元醇。

本发明的上述目的通过以下技术方法来解决：

一种脂肪族聚碳酸酯二元醇的制备方法，由聚甲基乙撑碳酸酯和脂肪族二元醇在催化剂的条件下经酯交换反应和除杂后得到；所述聚甲基乙撑碳酸酯的分子量大于10000 Da。

优选地，所述聚甲基乙撑碳酸酯的分子量在10000~200000 Da范围。

优选地，所述脂肪族二元醇的物质的量为聚甲基乙撑碳酸酯的物质的量的15~100%。进一步优选地，所述脂肪族二元醇的物质的量为聚甲基乙撑碳酸酯物质的量的15~40%

优选地，所述催化剂的用量为聚甲基乙撑碳酸酯物质的量的0.01~5%。

优选地，所述酯交换反应的条件为在惰性气体氛围下加热至80~180 ℃，回流1~30小时。进一步优选地，所述酯交换反应的条件为在惰性气体氛围下加热至150~180 ℃，回流1~3小时。

优选地，所述脂肪族二元醇为碳原子数为2~6的饱和二元醇。进一步优选地，所述脂肪族二元醇为乙二醇，1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,3-戊二醇、1,4-戊二醇、1,5-戊二醇、1,2-己二醇、1,3-己二醇、1,4-己二醇、1,5-己二醇、1,6-己二醇中的一种或几种。

优选地，所述催化剂为含碳酸根或者碳酸氢根的碱金属盐。进一步优选地，所述催化剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾或碳酸氢钾。

优选地，所述除杂包括水洗、浸泡、过滤和干燥。进一步优选地，所述干燥采用甲苯共沸蒸馏除去产物中的水分。

一种所述制备方法得到的脂肪族聚碳酸酯二元醇。所述脂肪族聚碳酸酯二元醇的分子量为1000~8000 Da。进一步优选地，所述脂肪族聚碳酸酯二元醇的分子量为1000~3000 Da。

一种所述脂肪族聚碳酸酯二元醇在聚氨酯合成的应用。

本发明的原理如下式：

反应的机理如上式：小分子二元醇的羟基在催化剂的作用下，可以产生烷氧负离子（少量）来进攻碳酸酯上的羰基碳，形成一个四面体中间体，然后取代原本的长链PPC，从而起到“剪断”大分子，使聚合物分子量下降的效果。

本发明采用高分子量的聚甲基乙撑碳酸酯为原料，进行醇解反应，用小分子二元醇剪断大分子聚甲基乙撑碳酸酯，实际上是利用到脂肪族聚碳酸脂的降解性能制备低分子二元醇，反应常压下即可进行。