[发明专利]一种生物基聚酯酰胺及其制备方法

说明书

本发明公开一种生物基聚酯酰胺及其制备方法，材料结构新颖，制备方法绿色简单，综合性能优异，通过一锅法有机催化本体聚合，获得高粘度新型生物基聚酯酰胺，表现出良好的热性能和机械性能。制备方法包括以下步骤：（1）在惰性气体保护下，将二元胺、脂肪族内酯、生物基单体和有机催化剂按比例混合后，加热进行开环‑缩聚反应；（2）在升高温度和减压的情况下，进行缩聚反应，得到生物基聚酯酰胺。本发明方法绿色无毒，通过调控环酯/生物基单体的结构和比例，在较大范围内改变聚酯酰胺的材料性能，使其在热塑性弹性体以及智能材料等领域得到广泛应用。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种新型生物基聚酯酰胺及其制备方法。

背景技术

近年来，高分子材料由于优良的热力学性能，加工性能被广泛应用于社会和生活的方方面面。脂肪族聚酯表现出优异的生物降解性和生物相容性，是理想的生物医学材料，但由于其较差的热性能和机械性能，限制了其在高性能材料的应用。不同的是，聚酰胺具有良好的机械性能、耐热性和耐腐蚀性，广泛应用于汽车、建筑和纺织等行业，但是其严重依赖于石油基资源，具有原料不可再生，难降解以及环境污染等缺点。而聚酯酰胺同时含有酰胺键和酯键，结合了聚酰胺的机械性能和聚酯的生物相容性/降解性，是一类性能卓越的功能高分子材料。因此，以脂肪族内酯、生物基单体和二元胺为原料通过开环-缩聚反应合成新型生物基聚酯酰胺提供了良好的可行性。

此外，脂肪类聚合物由于分子结构中缺乏刚性结构(如芳香环、酰胺基团)，其力学性能和热性能远低于石油基高分子材料，严重限制了其应用范围。为此，人们开始寻求更加环保有效的方法来解决废弃高分子材料污染的问题。其中，开发可降解高分子材料、寻找新的环境友好高分子材料迅速成为高分子材料领域中的研究热点。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种生物基聚酯酰胺及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提出一种生物基聚酯酰胺及其制备方法，包括如下步骤：

(1)在惰性气体保护下，将二元胺、脂肪族内酯、生物基单体和有机催化剂按比例混合后，加热进行开环-缩聚反应；

(2)在升高温度和减压的情况下，进行缩聚反应，得到生物基聚酯酰胺。

其中，步骤(1)中所述二元胺为1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺、1,8-辛二胺、1,10-癸二胺、对苯二甲胺、对苯二胺中的任意一种。

步骤(1)中所述脂肪族内酯为戊内酯、己内酯和三亚甲基碳酸酯中的任意一种。申请人尝试过用丙交酯开环，但得到的聚丙交酯预聚体与呋喃单体缩聚效果不好。

优选地，步骤(1)中所述生物基单体为2,5-呋喃二甲酸、2,5-呋喃二甲酸二甲酯、2,5-呋喃二甲酰氯中的任意一种。呋喃基单体来源广，绿色可持续且产物性能优异。

步骤(1)中所述有机催化剂为1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯、7-甲基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯、1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷中的任意一种。本申请没有选用金属催化剂，体现制备工艺的绿色无污染。

步骤(1)中所述二元胺和生物基单体的投料摩尔比为(2-5)：1；所述脂肪族内酯和生物基单体的质量比为(1-10)：(10-1)；所述有机催化剂的用量为生物基单体的0.1-1.0wt％。

优选地，步骤(1)中所述开环-缩聚反应温度为90℃-160℃，反应时间2.0-5.0h。

其中，步骤(2)中缩聚反应温度180℃-240℃，压力10-100Pa，反应时间3.0-6.0h。反应温度过高影响产物着色，过低则影响分子量提升进而影响其性能。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：