[发明专利]一种阻燃生物基聚酯及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种阻燃生物基聚酯及其制备方法和应用，该生物基聚酯由2,5‑FDCA与乙二醇为主要原料，并加入催化剂和勃姆石进行反应制成。本发明从提高PEF聚合反应速度慢、结晶速度慢、阻燃效果差的的角度出发，在2,5‑FDCA与EG原位聚合过程中添加勃姆石，按照PEF的合成工艺制备新型生物基聚酯。本发明制备方法简单方便，产量高，可以大大提高生产效率，降低生产成本；与常规PEF相比，本发明制备的新型生物基聚酯加入了勃姆石的阻燃生物基聚酯的极限氧指数可提高至31，同时加快PEF反应速率、提高结晶速度、提高阻燃性能，而且勃姆石高温分解的水蒸气对人体、环境无害，阻燃生物基聚酯结晶速率显著提高。

技术领域

本发明属于高分子化工技术领域，具体涉及一种阻燃生物基聚酯及其制备方法和应用。

现有技术

聚酯是由多元酸和多元醇经缩聚反应制得的聚合物总称，包括PET、PBT、PTT等，其中PET具有优异的热稳定性、力学性能，因此被广泛应用于纤维、薄膜、瓶、工程塑料、包装等领域。随着科技的进步以及环保意识的提高，以PEF、PLA等为代表的生物基聚酯的开发及应用得到了越来越广泛的关注。聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)由2,5-呋喃二甲酸(2,5-FDCA)与乙二醇反应得到的生物基聚酯，原料均可来自生物质资源，其含有两个羧基，结构与对苯二甲酸(PTA)相似，都是具有环状的共轭体系，被学术界和产业界认为是最有希望的PTA的替代品，但由于2,5-FDCA对称性比PTA差，刚性低，分子间的偶极作用力大，因此PEF在结晶过程中的阻力大，因此结晶较慢，成型加工周期长，限制了产品的进一步应用。

聚酯材料用于装饰装潢、以及防护材料时，一般希望材料达到一定的阻燃效果，但是聚酯易燃易熔滴，有引起二次火灾的隐患，存在安全隐患。目前阻燃聚酯的制备主要包括原位共聚、共混、后道涂覆处理等三个方式，但共混、后道涂覆处理存在阻燃剂混合均匀性差的问题，原位聚合方式制备的阻燃聚酯具有稳定的阻燃效果。从阻燃剂种类来看，目前广泛使用的磷系阻燃剂,添加量较高，导致缩聚反应变慢，产品结晶慢等问题。

因此，开发一种结晶速度快且高温分解时无污染原位法生物基阻燃聚酯，对于拓展PEF的应用领域，具有重要的经济意义和社会意义。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种阻燃生物基聚酯，为了克服现有PEF聚酯存在的反应速度慢、结晶速度慢、阻燃效果差的技术问题，本发明通过在原位聚合过程中加入勃姆石，达到加快PEF反应速率、提高结晶速度、提高阻燃性能的效果。

本发明还提供生物基聚酯及其制备方法和应用。

技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述一种生物基聚酯，由2,5-FDCA(2,5-呋喃二甲酸)与EG(乙二醇)为主要原料，并加入催化剂和勃姆石进行反应制成。

作为优选，所述催化剂为钛系催化剂或锑系催化剂。如乙二醇锑催化剂或者乙二醇钛催化剂或者钛酸四异丙酯。

作为优选，所述勃姆石平均粒径为0.1μm～1.0μm。勃姆石的粒径过小难以分散；过大则催化效果不明显。

进一步地，所述勃姆石含量为阻燃生物基聚酯总质量的0.3％～5.0％。

其中，所述生物基聚酯是聚酯的均聚物，或者是共聚物。

本发明所述的阻燃生物基聚酯的制备方法，包括如下步骤：在聚合反应釜中加入2,5-FDCA、EG乙二醇、催化剂、勃姆石，通过PEF酯化缩聚反应条件下制备新型阻燃生物基聚酯。

其中，本发明所述的PEF酯化缩聚反应为PEF的常规合成工艺，具体过程为，在聚合反应釜中加入2,5-呋喃二甲酸、乙二醇、催化剂以及勃姆石/乙二醇悬浮液，酯化反应温度为170～220℃；缩聚反应温度为220℃～260℃，绝对真空为≤130Pa，制得阻燃生物基聚酯。