[发明专利]一种耐热可生物降解聚酯及其制备方法

说明书

本发明涉及聚酯领域，公开了一种耐热可生物降解聚酯及其制备方法，本发明以对苯二甲酸和直连脂肪二元醇为主要原料，直连脂肪二羧酸和/或直连脂肪二羧酸的二烷基酯和/或直连脂肪二酸酐等柔性脂肪二元酸为降解改性组分，再加入1,4‑环己烷二甲醇或/和螺环二醇为耐热改性组分，通过分段升温直接酯化法得到耐热可生物降解聚酯。本发明聚酯兼具生物降解性和高耐热性，本发明聚酯由于引入了具有刚性结构的1,4‑环己烷二甲醇或/和螺环二醇，分子链段的运动受到抑制，因而T_g较改性前至少提高10℃以上；此外，1,4‑环己烷二甲醇或/和螺环二醇较大的空间位阻，破坏了链段的规整性，使聚酯的结晶度降低，提高聚酯的降解速度。

技术领域

本发明涉及聚酯领域，尤其涉及一种耐热可生物降解聚酯及其制备方法。

背景技术

自1953年美国杜邦公司工业化生产聚酯以来，聚酯因其优异的性能和低廉的价格获得了广泛的应用。2017年，中国聚酯产量4132.5万吨，同比增长12.76％。聚酯材料极大便利了人们的生活，但聚酯在自然环境中完全降解需要100年以上，大量的聚酯废弃物给生态环境带来了严重的影响。因此，人们开发了PLA、PGA、PCL、PHA、PBS、PBST、PES和PEST等几种可在自然环境中生物降解的聚酯。其中的PBST和PEST通过丁二酸、丁二醇这些长链的引入，降低了聚酯的结晶能力，提供生物降解能力的同时确保了一定的机械强度，但相对于PBT和PET，它们的耐热性能较差，限制了其应用范围。

为提高聚酯的耐热性能，已通过引入二醇单体，使聚酯的玻璃化转变温度(Tg)有显著的提高。如发明专利CN200680020543.3公开了一种由2，2，4，4-四甲基-1，3-环丁二醇和1，4-环己烷二甲醇与二羧酸共聚得到的聚酯，Tg可达85-200℃。发明专利CN201380055463.1公开了一种由新戊二醇和2，2，4，4-四甲基-1，3-环丁二醇与对苯二甲酸或其衍生物的共聚物，Tg高于90℃。张敏等报导了1，4-环己烷二甲醇共聚改性的聚丁二酸丁二醇酯，在30％添加量的情况下，聚酯的Tg可由-33.6℃提高到-21.5℃。

但是，上述专利方法中所采用的2，2，4，4-四甲基-1，3-环丁二醇，由于2，2，4，4-四甲基-1，3-环丁二醇的二醇是叔醇，反应活性低，原料利用率低。并且，现有技术中缺乏耐热生物降解聚酯，为此，本申请人对此进行了深入研究。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐热可生物降解聚酯及其制备方法，本发明以对苯二甲酸和直连脂肪二元醇为主要原料，直连脂肪二羧酸和/或直连脂肪二羧酸的二烷基酯和/或直连脂肪二酸酐等柔性脂肪二元酸为降解改性组分，再加入1，4-环己烷二甲醇或/和螺环二醇为耐热改性组分，通过分段升温直接酯化法得到耐热可生物降解聚酯。本发明聚酯兼具生物降解性和高耐热性，与普通的可降解聚酯相比，本发明聚酯由于引入了具有刚性结构的1，4-环己烷二甲醇或/和螺环二醇，分子链段的运动受到抑制，因而玻璃化转变温度(T_g)较改性前至少提高10℃以上；此外，1，4-环己烷二甲醇或/和螺环二醇较大的空间位阻，破坏了链段的规整性，使聚酯的结晶度降低，提高聚酯的降解速度。

本发明的具体技术方案为：一种耐热可生物降解聚酯，包含：

a)对苯二甲酸残基；

b)碳原子数少于10个的直连脂肪二元酸残基；

c)碳原子数少于6个的直连脂肪二元醇残基；

d)1，4-环己烷二甲醇残基和/或螺环二醇残基。

本发明以对苯二甲酸和直连脂肪二元醇为主要原料，直连脂肪二羧酸和/或直连脂肪二羧酸的二烷基酯和/或直连脂肪二酸酐等柔性脂肪二元酸为降解改性组分，再加入1，4-环己烷二甲醇或/和螺环二醇为耐热改性组分，通过直接酯化法得到耐热可生物降解聚酯。

其中，1，4-环己烷二甲醇和螺环二醇的分子结构式分别如下所示：