本發(fā)明涉及聚酯纖維，具體涉及一種無定形共聚酯及其制備方法。

背景技術：

1、無定形聚酯因其獨特的性質(zhì)，展現(xiàn)出高透明性、良好的韌性和易于加工的特性。這些特性使得無定形聚酯適用于擠出膠片、包裝材料、醫(yī)療設備部件的制造，還在許多高技術制品中得到廣泛應用，其工業(yè)發(fā)展和科技創(chuàng)新不斷推動著材料科學領域的發(fā)展。

2、現(xiàn)有技術中，科研學者通過引入間苯二甲酸(ipa)(journal?of?applied?polymerscience，2019，136，47186)合成無定形聚對苯二甲酸乙二醇酯共聚酯，但是，該合成方法中ipa的添加量往往要超過20％才能使聚酯材料完全無定形；另一方法是通過在pet鏈段中引入5-磺基雙(羥乙基)間苯二甲酸鈉(sipe)(industrial&engineering?chemistryresearch，2023，62，14648)來降低聚酯的結(jié)晶度使之為無定形，但是，這種方法往往會因為添加量要超過9％以上才能實現(xiàn)聚酯的無定形，使得生產(chǎn)的材料成本較高。

3、有鑒于此，有必要設計一種經(jīng)濟高效的無定形共聚酯及其制備方法。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請的目的在于提供一種無定形共聚酯的制備方法，該制備方法使用特定的單體間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉(na-sipm)與cacl2在水中進行反應，得到含有二價金屬離子配位的ca-sipm鹽。然后，將ca-sipm鹽與乙二醇(eg)進行酯交換反應，得到一種新型的聚酯前體，即ca-sipe。最后，通過將ca-sipe與二元酸和二元醇進行共聚反應，成功合成了一種全新的完全無定形聚對苯二甲酸乙二醇酯。該制備方法實現(xiàn)了以最小添加量的第三單體(第三單體的加入量為第一單體摩爾量的0.25～3％)實現(xiàn)聚酯的完全無定形化，顯著降低了生產(chǎn)成本，使得這種高性能聚酯材料在商業(yè)應用中更具競爭力，為聚酯材料的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保應用提供了新的可能性。

2、第一方面，本申請實施例提供了一種無定形共聚酯的制備方法，包括以下步驟：

3、s1，將間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉、cacl2按摩爾比2：(1.1～1.4)的比例溶于去離子水在反應器中混合；將得到的混合物在室溫下磁力攪拌2～3天，然后過濾收集沉淀，干燥，直到達到恒定的重量，得到ca-sipm鹽；

4、s2，在氮氣環(huán)境下，將ca-sipm鹽、乙二醇按摩爾比1：(10.4～15.4)的比例進行酯交換反應，得到一種透明的液體產(chǎn)物，命名為ca-sipe；酯交換反應中使用的催化劑為mn(oac)2；所述mn(oac)2的質(zhì)量分數(shù)為0.3％～0.6％；

5、s3，以對苯二甲酸為第一單體、乙二醇為第二單體，將第一單體、第二單體投入反應釜中進行酯化反應；待出水量達到理論出水量時，酯化反應結(jié)束；

6、s4，酯化完成后加入步驟s2得到的第三單體ca-sipe，常壓下反應0.5～1h后進行縮聚反應，將得到的共聚物進行切粒，得到無定形共聚酯。

7、優(yōu)選的，在步驟s4中，所述第三單體的加入量為所述第一單體摩爾量的0.25～3％。

8、優(yōu)選的，在步驟s3中，所述第一單體與所述第二單體的摩爾比為1：(1.2～1.6)。

9、優(yōu)選的，在步驟s2中，酯交換反應的反應溫度為160～200℃，反應時間為3.5～4.5h。

10、優(yōu)選的，在步驟s2中，酯交換反應的反應終點為沒有甲醇蒸餾出來時。

11、優(yōu)選的，在步驟s4中，所述縮聚反應的具體過程為：首先，在1～3h內(nèi)緩慢抽真空至80～100pa進行預縮聚處理，隨后將體系升溫至260～280℃，持續(xù)反應1～2h。

12、優(yōu)選的，在步驟s3中，酯化反應時，反應溫度為240～260℃，反應時間為2～4h，反應釜內(nèi)壓力為100kpa～360kpa。

13、優(yōu)選的，在步驟s3中，所述酯化反應加入的催化劑為sb2o3，所述催化劑的加入量為400～600ppm。

14、第二方面，本申請實施例提供了一種無定形共聚酯，采用前述技術方案所述的制備方法制備得到。

15、本發(fā)明的有益效果是：

16、1.本發(fā)明提供的無定形共聚酯的制備方法，首先探索了一種新型的離子交換技術，通過使用一種特定的單體間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉(na-sipm)與cacl2在水中進行反應，成功制備了含有二價金屬離子配位的ca-sipm鹽。這一關鍵步驟為后續(xù)的酯交換反應奠定了基礎，確保了反應的高效性和產(chǎn)品的純度。隨后，將ca-sipm鹽與乙二醇(eg)進行酯交換反應，得到了一種新型的聚酯前體，即ca-sipe。這一中間體的合成對于實現(xiàn)聚酯的完全無定形結(jié)構(gòu)至關重要，因為它引入了特殊的結(jié)構(gòu)特征(ca離子能配位兩個磺酸根基團，使得其離子結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出上下對稱性)，具體來講，因為ca-sipe分子結(jié)構(gòu)大，ca-sipe引入到分子鏈中使整個聚酯的分子鏈的規(guī)整性完全被破壞，使聚酯分子鏈中無定形區(qū)域增加，有助于抑制聚酯分子鏈的有序排列。最后，通過將ca-sipe與二元酸和二元醇進行共聚反應，成功合成了一種全新的完全無定形聚對苯二甲酸乙二醇酯。

17、2.本發(fā)明提供的這一創(chuàng)新的合成路徑，不僅實現(xiàn)了聚酯材料的無定形化，而且實現(xiàn)了第三單體以最小的添加量(第三單體的加入量為第一單體摩爾量的0.25～3％)實現(xiàn)聚酯的完全無定形化，相較于現(xiàn)有技術中第三單體的添加量要超過9％以上或者20％以上才能實現(xiàn)聚酯的無定形，顯著降低了生產(chǎn)成本，使得這種高性能聚酯材料在商業(yè)應用中更具競爭力，拓寬了聚酯的應用領域。

18、3.本發(fā)明制得的無定形共聚酯不僅展現(xiàn)了優(yōu)異的物理性能，如高透明度和良好的機械強度，而且還具有顯著的加工性能，如快速成型和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。這一成果不僅體現(xiàn)了我們在材料科學領域的技術進步，也為聚酯材料的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保應用提供了新的可能性。

19、4.本發(fā)明制備的共聚酯可以是完全無定形的，并且生產(chǎn)工藝匹配傳統(tǒng)聚酯生產(chǎn)工藝，無需對現(xiàn)有設備進行改造，材料廉價，制備過程簡單，具有工業(yè)化生產(chǎn)潛力。

20、上述說明僅是本申請技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本申請的技術手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本申請的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉本申請的具體實施方式。

技術特征：

1.一種無定形共聚酯的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無定形共聚酯的制備方法，其特征在于，在步驟s4中，所述第三單體的加入量為所述第一單體摩爾量的0.25～3％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無定形共聚酯的制備方法，其特征在于，在步驟s3中，所述第一單體與所述第二單體的摩爾比為1：(1.2～1.6)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無定形共聚酯的制備方法，其特征在于，在步驟s2中，酯交換反應的反應溫度為160～200℃，反應時間為3.5～4.5h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無定形共聚酯的制備方法，其特征在于，在步驟s2中，酯交換反應的反應終點為沒有甲醇蒸餾出來時。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無定形共聚酯的制備方法，其特征在于，在步驟s4中，所述縮聚反應的具體過程為：首先，在1～3h內(nèi)緩慢抽真空至80～100pa進行預縮聚處理，隨后將體系升溫至260～280℃，持續(xù)反應1～2h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無定形共聚酯的制備方法，其特征在于，在步驟s3中，酯化反應時，反應溫度為240～260℃，反應時間為2～4h，反應釜內(nèi)壓力為100kpa～360kpa。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無定形共聚酯的制備方法，其特征在于，在步驟s3中，所述酯化反應加入的催化劑為sb2o3，所述催化劑的加入量為400～600ppm。

9.一種無定形共聚酯，其特征在于，由權(quán)利要求1-8中任一項權(quán)利要求所述的無定形共聚酯的制備方法制得。

技術總結(jié)
本申請?zhí)峁┝艘环N無定形共聚酯及其制備方法，首先通過使用單體間苯二甲酸二甲酯?5?磺酸鈉與CaCl<subgt;2</subgt;在水中進行反應，制得含有二價金屬離子配位的Ca?SIPM鹽。隨后，將Ca?SIPM鹽與乙二醇進行酯交換反應，得到一種新型的聚酯前體，即Ca?SIPE。最后，通過將Ca?SIPE與二元酸和二元醇進行共聚反應，成功合成了一種全新的完全無定形聚對苯二甲酸乙二醇酯。因為Ca?SIPE分子結(jié)構(gòu)大，Ca?SIPE引入到分子鏈中使整個聚酯的分子鏈的規(guī)整性完全被破壞，使聚酯分子鏈中無定形區(qū)域增加。該制備方法不僅實現(xiàn)了聚酯材料的無定形化，而且實現(xiàn)了以最小添加量的第三單體實現(xiàn)聚酯的完全無定形化，相較于現(xiàn)有技術中第三單體的添加量要超過9％以上或者20％以上才能實現(xiàn)聚酯的無定形，顯著降低了生產(chǎn)成本。

技術研發(fā)人員：嚴忠,王棟,陳維棚,李文科
受保護的技術使用者：武漢紡織大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/10