[发明专利]一种氨酯类化合物及其合成与应用

说明书

本发明公开了一种氨酯类化合物及其合成与应用，该氨酯类化合物具有如式(一)或式(二)所示结构，其合成方法是以甲基丙烯酸缩水甘油酯和CO₂为原料合成环状碳酸酯中间体，然后再与单氨基化合物发生开环反应即得到氨酯类化合物。本发明通过对其关键的分子结构，合成方法整体流程工艺设计、以及各个步骤的参数及条件进行改进，方法简单、产率高，制得的氨酯类化合物能够有效应用于聚碳酸亚丙酯的增强增韧改性中，可有效解决改性聚碳酸亚丙酯力学性能不理想等问题。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，更具体地，涉及一种氨酯类化合物及其合成与应用，使合成的氨酯类化合物尤其能够应用于对聚碳酸亚丙酯的增强增韧改性。

背景技术

聚碳酸亚丙酯是CO₂与环氧丙烷共聚得到的可生物降解高分子，其制品能够从源头解决目前广泛存在的“白色污染”问题。而且，聚碳酸亚丙酯的合成需要以CO₂为原料，可缓解CO₂带来的温室效应。此外，聚碳酸亚丙酯对水、氧气等具有较强的阻隔作用，在食品包装、医用材料、复合材料等领域具有广阔的应用潜力。但是，聚碳酸亚丙酯的分子链柔性大、分子间作用力小的特点导致其力学性能较差，严重限制了其应用范围。

对聚碳酸亚丙酯进行改性是提升其性能、拓展其应用领域的必然选择。目前，聚碳酸亚丙酯的改性方法主要有三种，一是在其合成过程中添加其它单体(如邻苯二甲酸酐、降冰片烯二酸酐)进行共聚。该方法能够设计出一定结构的聚合物，但是需要特定催化剂，且催化剂价格通常比较昂贵，同时需要较精准地调控各单元的比例以平衡共聚产物的力学性能和生物降解特性，因而其目前规模化生产受到限制。第二种方法是将聚碳酸亚丙酯与另一种可降解聚合物(如聚乳酸、聚己内酯、聚羟基烷酸酯)共混以发挥二者聚合物各自的优势，但上述聚合物通常与聚碳酸亚丙酯的相容性不理想，共混物易出现宏观相分离，限制了共混物力学性能的改善。第三种改性方法是通过与无机填料(如纳米碳酸钙、硬酯酸钙、蒙脱土、二氧化硅等)复合，利用无机填料高强度、高模量的特性提升聚碳酸亚丙酯的力学性能。然而防止填料的团聚，促进填料在聚碳酸亚丙酯基体中的均匀分散仍是目前面临的难题，同时该类改性方法通常会损害聚碳酸亚丙酯的韧性、降低其断裂伸长率。

氨酯类化合物分子中含有强极性的-NHCOO-基团，能够与聚碳酸亚丙酯中的C＝O以及端羟基产生氢键作用，使之具有较好的相容性，解决分散不均匀的问题，并且在一定程度上能够提高聚碳酸亚丙酯的力学性能。但目前现有技术中氨酯化合物主要是通过异氰酸酯反应得到，虽然反应活性高，但是异氰酸酯具有毒性，且对水敏感，对反应条件要求较高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种氨酯类化合物及其合成与应用，其中通过对其关键的的分子结构，合成方法整体流程工艺设计、以及各个步骤的参数及条件(如反应温度及时间、原料的具体种类及配比、反应气氛要求等)进行改进，合成方法产率高，合成方法简单、成本低，合成过程中以CO₂为原料，能够解决CO₂的温室效应；同时，本发明制得的化合物价格便宜，加入到聚碳酸亚丙酯中能够降低成本；制得的甲基丙烯酸缩水甘油酯基氨酯类化合物能够有效应用于聚碳酸亚丙酯的增强增韧改性中，由于甲基丙烯酸缩水甘油酯基氨酯类化合物具有-NHCOO-、-OH等结构，与聚碳酸亚丙酯的相容性较好，且与现有技术相比能够有效解决改性聚碳酸亚丙酯存在的力学性能不理想等问题。本发明中的氨酯类化合物应用于聚碳酸亚丙酯改性时，方法简单且能有效提高改性聚碳酸亚丙酯的拉伸强度、断裂伸长率等力学性能，效果良好。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种氨酯类化合物，其特征在于，该氨酯类化合物具有如式(一)或式(二)所示结构：

所述式(一)和所述式(二)中，R₁为C2～C18的烷基、C2～C18卤代烷基、C2～C18的脂肪酸基或C2～C18的脂肪醇基。