[发明专利]一种脂肪族可生物降解热塑性聚酯弹性体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于在高分子主链上形成羧酸酯键的反应制得的嵌段高分子聚合物，具体地说，涉及一种可生物降解热塑性聚酯弹性体及其制备方法。

背景技术

热塑性聚酯弹性体是一种兼具橡胶和塑料特性的新型高分子材料，以其优异的性能和易加工性备受人们青睐。其中，以结晶型聚酯为硬段，非晶型聚酯或聚醚为软段合成的嵌段类热塑性聚酯弹性体具有良好的力学性能及耐热、耐油、耐溶剂等性能，是近年来人们研究的热点。

遗憾的是，上述热塑性聚酯弹性体的制备原料多是来源于化石资源的芳香族化合物。例如，目前的热塑性聚酯弹性体大多数以聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚萘二甲酸丁二醇酯(PBN)等芳香族聚酯为硬段，以聚四亚甲基二醇(PTMG)等聚氧亚烷基二醇类或聚己内酯(PCL)、聚己二酸丁二醇酯(PBA)、聚碳酸酯(PC)等聚酯类为软段。美国杜邦公司的专利US3954689中介绍了一种芳香族/脂肪族共聚类的热塑性聚酯弹性体，该热塑性聚酯弹性体除了具有良好的力学性能外，同时兼备较好的耐老化性能和光降解性能。日本东洋纺织株式会社的专利CN101341186A和CN101605833B公开了一种以芳香族与脂肪族或脂环族二醇构成的聚酯为硬段，以脂肪族聚碳酸酯为软段合成的热塑性聚酯弹性体，该产品除了力学性能较传统热塑性聚酯弹性体大幅度提高外，还具有良好的耐热、耐老化性能等。但这三个专利中制备的热塑性弹性体可生物降解性能均较差，使用后会产生大量的废弃物，对环境造成一定程度的污染。因此，开发制备可生物降解的热塑性聚酯弹性体显得非常重要。

公告号为CN103059310A和CN10649045A的中国专利申请，公开了一系列可生物降解聚酯多嵌段共聚物的制备方法，但是此方法使用的原料来也源于化石资源，而且在共聚酯的合成过程中添加了二异氰酸酯类、二噁唑啉类或二酰氯类的扩链剂，这几类扩链剂在降解过程中会产生部分有害物质，长此使用这类材料将会污染环境、危害人类健康。

可见，当前合成热塑性聚酯弹性体的原料大都来源于不可再生的化石资源，且其组分中大都含有芳香族聚酯，而芳香族聚酯的可生物降解性能较差，导致合成热塑性弹性体的降解性能大幅度降低，使用后产生大量的废弃物，从而对环境造成一定的污染；使用的有毒扩链剂，在降解过程中对人体健康造成威胁。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种不依赖于化石资源、生物降解性能优异、降解过程不产生有害物质的、安全的脂肪族热塑性聚酯弹性体及其制备方法。

本发明所述的脂肪族可生物降解热塑性聚酯弹性体，为由预聚物A和预聚物B聚合而成的AB型嵌段共聚物，所述可生物降解热塑性聚酯弹性体的数均分子量为20,000～150,000g/mol，分子量分布为1.5～5；预聚物A为结晶型聚酯预聚物，结晶度为30％～95％，优选的，结晶度为40％～80％，数均分子量为1,000～6,000g/mol；预聚物B为非晶型聚酯预聚物，数均分子量为1,000～8,000g/mol；预聚物A占可生物降解热塑性聚酯弹性体质量的10～50％，预聚物B占可生物降解热塑性聚酯弹性体质量的50～90％。

所述预聚物A，为端羧基或端羟基聚酯，由生物基脂肪族二元酸或酸酐，与生物基脂肪族饱和二元醇反应合成，所述生物基脂肪族饱和二元醇为直链二元醇；

所述聚合物B，为端羟基或端羧基聚酯，由生物基脂肪族二元酸或酸酐，与生物基脂肪族饱和二元醇反应合成，所述生物基脂肪族饱和二元醇为支链二元醇；

上述可生物降解热塑性聚酯弹性体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物基脂肪族二元酸或酸酐、直链二元醇按照摩尔比1～1.3:1混合，搅拌阶段升温至130～180℃，在氮气保护下酯化反应1～3h，当收集理论生成水量的90％以上时，加入反应单体总质量0.01～0.4％的抗氧剂和0.01～0.5％催化剂，在200～5,000Pa的压强范围内升温至200～220℃，继续反应1～5h，制得端羧基的预聚物A；

(2)将生物基脂肪族二元酸或酸酐、支链二元醇按摩尔比1:1～1.3混合，搅拌阶段升温至130～180℃，在氮气保护下酯化反应1～4h，当收集理论生成水量的90％以上时，加入反应单体总质量0.01～0.4％的抗氧剂，0.02～0.4％的阻聚剂和0.01～0.5％催化剂，在200～5,000Pa的压强范围内升温至200～220℃，继续反应2～5h，制得端羟基的预聚物B；