[发明专利]呋喃二甲酸共聚酯及其制备方法

说明书

本发明涉及一种呋喃二甲酸共聚酯及其制备方法，所述制备方法包括：将摩尔比为1:(1.1～2.0):(0.0001～0.02)的第一组份、第二组份以及第三组份与酯化催化剂混合，反应得到第一中间产物，其中，第一组份包括呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物中的至少一种，第二组份包括芳香族二元醇、脂肪族二元醇中的至少一种，第三组份包括羟基数量大于等于3的多元醇；再将第一中间产物进行预聚反应和缩聚反应得到呋喃二甲酸共聚酯。制备方法中，羟基数量大于等于3的多元醇作为链段连接点，使呋喃二甲酸共聚酯的链段结构拓展为网络状结构，从而获得无色或浅色、且具有优异力学性能和气体阻隔性的高分子量的呋喃二甲酸共聚酯。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别是涉及呋喃二甲酸共聚酯及其制备方法。

背景技术

目前，广泛使用的生物基高分子材料主要有聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸(PHA)、聚羟基乙酸(PGA)、聚丁二醇丁二酸酯(PBS)等。但是，它们都属于脂肪类聚合物，由于分子结构中缺乏刚性芳香环结构，其力学性能(如强度、模量、抗蠕变等)与耐热性能(如热机械性能、热变形温度等)均明显低于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、芳香尼龙(PA)、双酚A型环氧树脂(Epoxy)等石油基高分子材料，严重限制了它们的应用范围。

2,5-呋喃二甲酸(2,5-FDCA)的分子结构中含有芳香环，用于合成生物基高分子材料可有效提高其耐热性能和机械性能。同时，含有呋喃环的聚酯材料的氧气阻隔性相对用于包装材料的PET可以提高2～10倍，足以有效地提高农产品、鱼类、肉类产品等的保质期。然而，目前采用2,5-呋喃二甲酸制得的聚酯材料往往也存在一些缺点，例如：由于反应时间过长等原因而导致的颜色较深，分子量偏低而导致的拉伸模量低、拉伸强度低等。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种呋喃二甲酸共聚酯及其制备方法；所述制备方法中，羟基数量大于等于3的多元醇作为链段连接点，使呋喃二甲酸共聚酯的链段结构从线性结构拓展为网络状结构，从而获得无色或浅色、且具有优异力学性能和气体阻隔性的高分子量的呋喃二甲酸共聚酯，进而可更好地满足其在包装材料、薄膜、纤维、工程塑料等领域的应用需求。

一种呋喃二甲酸共聚酯的制备方法，包括以下步骤：

(1)提供第一组份、第二组份和第三组份，其中，所述第一组份包括呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物中的至少一种，所述第二组份包括芳香族二元醇、脂肪族二元醇中的至少一种，所述第三组份包括羟基数量大于等于3的多元醇；

(2)将所述第一组份、所述第二组份、所述第三组份以及酯化催化剂混合，在惰性气氛或氮气气氛下进行反应，得到第一中间产物，其中，所述第一组份、所述第二组份与所述第三组份的摩尔比为1:(1.1～2.0):(0.0001～0.02)；

(3)在真空条件下，所述第一中间产物进行预聚反应，得到第二中间产物；

(4)在真空条件下，所述第二中间产物进行缩聚反应，得到呋喃二甲酸共聚酯，所述呋喃二甲酸共聚酯的链段结构为网络状结构。

在其中一个实施例中，步骤(1)中所述羟基数量大于等于3的多元醇包括丙三醇、丁三醇、2-羟甲基-2-甲基-1,3-丙二醇、丁四醇、季戊四醇、双季戊四醇、戊五醇、己六醇、糖醇中的至少一种。

在其中一个实施例中，步骤(1)中所述呋喃二甲酸酯化物包括呋喃二甲酸二甲酯、呋喃二甲酸二乙酯、呋喃二甲酸二丁酯中的至少一种。

在其中一个实施例中，步骤(1)中所述脂肪族二元醇包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、庚二醇、辛二醇、壬二醇、癸二醇、环己烷二甲醇、2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁烷二醇、新戊二醇中的至少一种；

所述芳香族二元醇包括2-[4-(2-羟乙基)苯氧基]乙醇、1,3-双(2-羟乙氧基)苯、双酚A、双酚S中的至少一种。