[发明专利]一种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EG为主要原料，并加入催化剂和纳米氮化物进行反应制成。本发明从提高PEF聚合反应速率，加快结晶速率、降低切片b值的角度出发，在2,5‑FDCA与EG原位聚合过程中添加纳米氮化物，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的聚合反应速度提高20％以上，结晶速度提高30％以上，切片b值降低4单位以上，表明纳米氮化物在PEF起到了加快反应速率、提高结晶速度、降低切片b值的作用。

技术领域

本发明属于高分子化工技术领域，具体涉及一种生物基聚酯及其制备方法和应用。

现有技术

聚酯具有良好的力学性能、耐热性能、热稳定性以及可加工性能，是一种综合性能优异的材料，广泛应用于纤维、薄膜、瓶、工程塑料、包装等领域，但以PET为代表的聚酯材料阻隔性能差，其合成单体对苯二甲酸对于石油等化石原料的依赖性强，因此关于聚酯的生物基单体及改善聚酯阻隔性能的研究越来越多。

聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)是由2,5-呋喃二甲酸(2,5-FDCA)与乙二醇反应得到的一种生物基聚酯，2,5-FDCA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。此外PEF具有优良的阻隔性能，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。此外，PEF在合成反应过程中，反应速率较慢，反应时间的延长也导致聚酯切片色相较差。

为改善PEF的结晶性能，中国专利201710308582.3、201710375271.9将PEF制备成为粉末后，在熔融挤出过程中分别添加苯甲酸钠、聚乙二醇增塑剂制备改性PEF，但熔融共混法制备的聚酯母粒共混均匀性差，PEF经熔融挤出造粒后其性能变差。此外，PEF使用的催化剂与PET类似，中国专利201010567897.8采用新型锡类催化剂制备了PEF，其颜色为棕褐色，色相较差。

从拓展聚酯原料来源、寻找生物质原料单体、拓展聚酯应用领域等角度考虑，开发一种聚合反应速度快、结晶速度快、色相好的新型生物基聚酯，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、b值高的技术问题，本发明通过在原位聚合过程中加入纳米氮化物，达到加快PEF反应速率、提高结晶速度、降低PEF切片b值的有益效果。

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，并加入催化剂和纳米氮化物进行反应制成。

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，所述纳米氮化物为纳米氮化钛、纳米氮化硅或纳米氮化铝。

进一步地，所述纳米氮化物的粒径中值为20nm～40nm，粒径中值为20nm～40nm，纳米氮化物的粒径过小难以分散；过大则催化效果不明显。

纳米氮化物含量为生物基聚酯总质量的0.003％～0.1％。氮化物浓度过高对于聚酯的色相有影响。

其中，所述生物基聚酯为聚酯的均聚物，或者是共聚物。

本发明所述的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、纳米氮化物，通过PEF酯化缩聚反应条件下制备新型生物基聚酯。