[发明专利]可降解的芳香族-脂肪族共聚酯材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了可降解的芳香族‑脂肪族共聚酯材料及其制备方法和应用，其中，方法包括：(1)将芳香族二元酸和二元醇混合进行酯化反应，得到酯化产物；(2)将所述酯化产物进行预缩聚反应，以便得到芳香族预聚物；(3)将所述芳香族预聚物与脂肪族聚酯混合进行酯交换反应，得到可降解的芳香族‑脂肪族共聚酯材料。该方法通过共聚改性方法将脂肪族聚酯单元无规的插入芳香族共聚聚合物链当中，使得脂肪族聚酯的降解性能和芳香族聚酯的优异综合性能有机结合，得到高性能低成本的可降解聚酯材料，从而从根本上解决可降解聚酯材料力学性能不良以及传统塑料不可降解等瓶颈问题，并且本发明的反应过程中无需使用任何溶剂，且仅生成无毒无害的副产物水。

技术领域

本发明属于降解材料领域，具体涉及一种可降解的芳香族-脂肪族共聚酯材料及其制备方法和应用。

背景技术

合成高分子材料由于具有质轻、耐腐蚀等优异特性被广泛使用，但由于在自然环境中的化学稳定性，其废弃物对环境造成了极大的负担，开发具有生物降解性能的高分子材料对于解决塑料废弃物污染具有重大意义。

目前全球研发的可降解塑料多达几十种，其中能工业化生产的主要包括化学合成的聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)、聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己内酯(PCL)、聚乙交酯(PGA)、聚碳酸酯(PPC)；微生物发酵合成的聚羟基脂肪酸酯(PHA)，以及天然高分子淀粉共混物淀粉/PBS、淀粉/PLA等。

可降解材料有诸多种类和优点，但其高昂的制造成本和综合力学性能有限等不足一直制约着其发展，可降解材料的平均售价一般为传统塑料的1.5-4倍，主要是因为可降解塑料的生产工艺上复杂，所需单体工艺被国外垄断，价格居高不下，无形地拉高生产成本，限制了其大量应用；另一方面，从材料分子结构和性质角度而言，可降解材料通常为脂肪族聚酯或聚碳酸酯材料，这使得聚合物的热性能一般，玻璃化转变温度低、综合力学性能也较差，因此在实际应用上很难取代传统塑料。例如脂肪族聚酯PLA尽管具有良好的硬度、光泽度、良好的食品及人体安全性，但其缺点也十分明显，如质地硬脆，弹性和柔性不足，耐热性差，强度和模量有限等，因此通常需要对PLA均聚物做改性处理以达到使用要求。此外，PBAT为目前具备良好工业化前景以及市场前景的芳香族聚酯材料，既有较好的延展性和断裂伸长率，也有较好的耐热性和冲击性能，并还具有优良的生物降解性，但PBAT生产难点主要在于其工艺较为复杂，副产物为四氢呋喃，对生产工艺流程以及生产设备有较高要求。而其他可降解聚酯材料如PGA、PHA和PCL等由于受单体或工艺流程限制，产品价格居高不下，工业化生产以及大范围推广使用更难。

除了上述的可降解均聚物材料外，还可通过共混改性制备新型聚合物，能够显著弥补均聚物性能不良等缺陷。例如，目前广泛应用于包装行业的天然高分子淀粉基可降解材料，其优点在于通过一定比例的淀粉共混，可以大幅度降低最终可降解材料产品的成本，但由于共混体系相容性问题，淀粉基材料容易老化变脆、机械性能和耐水性较差。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可降解的芳香族-脂肪族共聚酯材料及其制备方法和应用，该方法通过共聚改性方法将脂肪族聚酯单元无规的插入芳香族共聚聚合物链当中，使得脂肪族聚酯的降解性能和芳香族聚酯的优异综合性能有机结合，得到高性能低成本的可降解聚酯材料，从而从根本上解决可降解聚酯材料力学性能不良以及传统塑料不可降解等瓶颈问题，并且本发明的反应过程中无需使用任何溶剂，且仅生成无毒无害的副产物水。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备可降解的芳香族-脂肪族共聚酯材料的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将芳香族二元酸和二元醇混合进行反应，以便得到酯化产物；

(2)将所述酯化产物进行预缩聚反应，以便得到芳香族预聚物；

(3)将所述芳香族预聚物与脂肪族聚酯混合进行酯交换反应，以便得到可降解的芳香族-脂肪族共聚酯材料。