CN111187411A - 一种聚酰胺6弹性体的制备方法及由其制备的聚酰胺6弹性体 - Google Patents
一种聚酰胺6弹性体的制备方法及由其制备的聚酰胺6弹性体 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种聚酰胺6弹性体的制备方法,由该方法制备得到的聚酰胺6弹性体以及由所述聚酰胺6弹性体制得的制品。所述制备方法包括投料置换、水解开环、连续聚合、聚合出料和萃取烘干等步骤,通过在弹性体中增加次级活性中心,以活性中心点引入支链,增加平面交联网状结构,并通过使用多官能环氧控制微交联程度。本发明的聚酰胺6弹性体具有熔体强度高、加工性能好、压缩永久形变低、耐高低温冲击的特点。
Description
技术领域
本发明属于高分子新材料制备领域,具体涉及一种聚酰胺6弹性体的制备方法,由该方法制备得到的聚酰胺6弹性体以及由所述聚酰胺6弹性体制得的制品,所述聚酰胺6弹性体是一种微交联的聚醚酰胺/聚醚酯酰胺高分子树脂,熔体强度高,弹性好。
背景技术
聚酰胺弹性体是近年合成弹性体中研发应用的一种新型热塑性弹性体,具有良好的力学性能、化学性能、橡胶的弹性、耐高低温使用性、塑料的可加工性,可应用于鞋材、车用材料、体育用品等。为了保持弹性体加工的多样性,挤出和发泡的稳定,聚合物熔体要具有足够的强度和尺寸稳定性。但常规的聚酰胺弹性体,分子主链呈线性结构,分子链上存在多个柔性的亚甲基集团(-CH2),因而分子内旋转更容易,在高温熔融状态下熔体强度较低,耐熔垂性差,限制了加工的应用和范围。在热成型领域,易造成制品壁厚不均匀;挤出涂覆时,边缘卷曲收缩;挤出发泡过程,发泡倍率低,泡孔塌陷等现象。难以满足高品质发泡的要求,增加了挤出的难度。为了拓宽加工应用领域,需要提高聚酰胺弹性体的熔体强度。
CN 103360759 A介绍了一种100份聚酰胺、0-30份聚酯、0-40份玻璃纤维、相容剂、扩链剂、助剂,经双螺杆挤出制得的发泡用高熔体强度聚酰胺材料。但发泡材料的弹性柔软性不足。
CN 102060969 A介绍一种由聚酯硬段、聚醚酯软段、多元异氰酸酯组成的高熔体强度聚酯弹性体。但异氰酸酯高温不环保,反应有CO2等副产物,难以排出,影响质量。
CN 107325280 A介绍了由AABB或AB型长碳链尼龙、聚醚以及多元醇或多元酸类的支化剂共聚而成一种高熔体强度的聚醚酰胺弹性体。但未提及具有高熔体强度的内酰胺型与氨基羧酸型的聚酰胺弹性体的制备方法。
CN 107698771 A介绍了双端羧基PA6预聚体与二元醇酯化后,加入聚二醇和交联剂,制备得到高回弹PA6系热塑性弹性体。但其制备方法涉及酯化和酯交换,反应时间长,真空条件高。
CN 106519172 A介绍了自制聚乙二醇缩水甘油醚,其水解制得多羟基大分子交联剂,用该多羟基大分子交联剂与聚乙二醇、BDO、TDI合成聚氨酯弹性体。但存在的缺点是自制的多羟基大分子交联剂工业化产量不足,批次间不稳定。
CN 107849243 A介绍一种交联聚酰胺,其通过将由含呋喃单元的聚酰胺和亲二烯体构成的熔体从一种温度冷却至低于聚酰胺熔点的第二温度后获得。但含呋喃单元的聚酰胺原料受限制,工业化困难。
CN 108264635 A介绍由脂肪族二酸、脂肪族二胺、多元酸/多元胺、封端剂、催化剂制备的一种轻度交联的聚酰胺树脂,但未涉及内酰胺型和氨基羧酸型聚酰胺弹性体树脂。
综上,为了克服现有技术中存在的缺陷,仍需要研发一种具有高熔体强度的聚酰胺6弹性体。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供了一种具有高熔体强度的微交联聚酰胺6弹性体的制备方法以及由该方法制备得到的聚酰胺6弹性体。
一方面,本发明提供一种聚酰胺6弹性体的制备方法,其包括以下步骤:
1)投料置换:在高压釜中加入(A)己内酰胺、(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺、(C)水、(D)催化剂、(E)分子量调节剂;
2)水解开环:加热高压釜,启动机械搅拌,将反应釜升温至150~210℃,反应1~5小时,压力为0.2~1.5MPa,使己内酰胺水解开环;
3)连续聚合:维持压力,继续升温至230~280℃,机械搅拌反应2~7小时,将压力缓慢降至常压,加入(F)多官能团环氧,再抽真空至20~1000Pa,继续机械搅拌1~5小时;
4)聚合出料:将反应釜压力平衡至常压,降温至220~260℃,然后铸带、拉条、造粒;
5)萃取烘干:将造粒后的弹性体树脂投入到萃取釜,用水在90~100℃搅拌萃取6~10小时,离心脱水,烘干,得到所述聚酰胺6弹性体。
在上述制备方法中,己内酰胺的用量,基于100重量份的(E)分子量调节剂、(A)己内酰胺和(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺的总量,可以为10~80重量份,优选为25~50重量份。
在上述制备方法中,作为所述(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺,可以使用选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃、聚己内酯二醇、端氨基聚氧化丙烯醚以及端氨基聚氧化乙烯醚中的一种或多种,但不限于此。所述(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺的数均分子量为300~8000,优选为1500~4000。所述(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺的用量,基于100重量份的(E)分子量调节剂、(A)己内酰胺和(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺的总量,可以为20~80重量份,优选为50~80重量份。
在上述制备方法中,所述(E)分子量调节剂可以为二元酸,例如,为选自C2-20脂肪族二元羧酸和C6-20芳香族二元族酸中的一种或多种,优选为选自己二酸、癸二酸、十二烷二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、萘二酸、1,3-环己烷二甲酸、1,4-环己烷二甲酸等中的一种或多种,但不限于此。所述(E)分子量调节剂的用量,基于100重量份的(E)分子量调节剂、(A)己内酰胺和(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺的总量,可以为1~10重量份,优选为2~8重量份。
在上述制备方法中,所述(D)催化剂为选自磷酸、亚磷酸、硫酸、氨基己酸、次亚磷酸钠、偏磷酸、草酸中的一种或多种,但不限于此。所述(D)催化剂的用量,基于100重量份的(E)分子量调节剂、(A)己内酰胺和(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺的总量,可以为0.1~5重量份,优选为0.5~3重量份。
在上述制备方法中,所述(C)水指的是蒸馏水或去离子水,其用量,基于100重量份的(A)己内酰胺,可以为0.5~10重量份,优选为1~6重量份。
在上述制备方法中,所述(F)多官能团环氧指的是分子中具有两个以上环氧基团的环氧化合物,例如,可以为选自乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、季戊四醇缩水甘油醚和间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或多种,但不限于此。所述多官能团环氧的用量,基于100重量份的(E)分子量调节剂、(A)己内酰胺和(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺的总量,可以为0.05~5重量份,优选为0.1~3重量份。
在上述制备方法中,在步骤2)和3)中,所述机械搅拌的转速为60~500rpm。
另一方面,本发明提供了一种根据上述方法制备的聚酰胺6弹性体。
在实施方式中,所述聚酰胺6弹性体的硬度范围为20~65D,优选为25~55D;玻璃化转变温度为-70~-55℃;拉伸强度在7~60MPa的范围内,优选在10~40MPa的范围内;断裂伸长率大于250%,优选大于360%;相对粘度在1.9~3.0,优选在2.3~3.0的范围内。
再一方面,本发明提供一种制品,其由上述聚酰胺6弹性体制成。
在实施方式中,所述制品可以为鞋材中底、滑雪杖把手、防震缓冲包装、汽车密封条、输油管等。
在具体实施方式中,所述制品可以为挤出管材。
在具体实施方式中,所述挤出管材可选自液压管、螺线软管及医疗器械胶管。
有益效果
根据本发明的制备方法制备的微交联的聚酰胺6弹性体,在弹性体中增加了次级活性中心,以活性中心点引入支链,增加平面交联网状结构。由于支链的引入增加了熔体强度,随着支链的增加,增大了高分子的相互缠绕摩擦,支链越长,相互缠绕的程度越高。根据本发明的聚酰胺6弹性体还可以控制体系的交联程度,以微交联的平面网状结构,一方面既增加了聚酰胺弹性体的熔体强度,又提高其良好的回复性,增加了弹性体弹性;另一方面,保持了熔体的稳定性,工艺稳定性好,适合工业生产,从而更好地保持了弹性体树脂的机械性能,拓宽了加工范围,较好地满足各种加工应用需求。
因此,根据本发明的微交联的聚酰胺6弹性体通过使用多官能环氧控制微交联程度,因而具有熔体强度高、加工性能好、压缩永久形变低、耐高低温冲击的特点。
具体实施方式
下文通过具体实施例来解释本发明,但本发明的范围不限于这些实施例,而是由本发明的权利要求书来限定并且可以包括本领域的技术人员理解的范围内的各种合理变换形式。
仪器与试剂
己内酰胺,购自沧州旭阳化工有限公司。
聚丙二醇,购自江苏省海安石油化工厂;聚四氢呋喃(Mn=2000),购自杭州三隆新材料有限公司;端氨基聚氧化乙烯醚(Mn=1800),购自美国Huntsman公司;端氨基聚氧化丙烯醚(Mn=2000),购自美国Huntsman公司。
十二烷二酸,购自日本宇部化学株式会社;己二酸,购自中石化辽阳石化公司;1,3-环己烷二甲酸,购自韩国SK公司。
磷酸,购自山东裕康化工有限公司;次亚磷酸钠,购自湖北兴东诚化工有限公司;亚磷酸,购自上海诺泰化工有限公司。
间苯二酚二缩水甘油醚,购自湖北江民泰华化工有限公司;丙三醇三缩水甘油醚,购自上海曙灿实业有限公司;季戊四醇缩水甘油醚,购自武汉金诺化工有限公司。
Rheoten熔体强度仪,德国GeottfertWerkstoff Pruefmaschinen公司生产。
实施例:
实施例1:
在10L聚合釜中加入3110g己内酰胺、110g蒸馏水、800g聚丙二醇(Mn=2000)、92g十二烷二酸、60g磷酸,氮气保护下升温至200℃,以300rpm机械搅拌下反应3个小时;然后在260℃下,以300rpm机械搅拌下反应5个小时;在270℃下加入60g间苯二酚二缩水甘油醚后,抽真空至100Pa继续以100rpm机械搅拌下反应3小时,然后铸带、拉条、造粒,最后将造粒后的弹性体树脂投入到萃取釜,用蒸馏水在90~100℃搅拌萃取8小时,离心脱水,烘干,得到所述聚酰胺6弹性体。
实施例2:
在10L聚合釜中加入1770g己内酰胺、70g蒸馏水、2000g聚四氢呋喃(Mn=2000)、230g十二烷二酸、53g磷酸,氮气保护下升温至190℃,以300rpm机械搅拌下反应3个小时;然后在250℃下,以300rpm机械搅拌下反应6个小时;在260℃下加入80g丙三醇三缩水甘油醚后,抽真空至100Pa继续以100rpm机械搅拌下反应3小时,然后铸带、拉条、造粒,,最后将造粒后的弹性体树脂投入到萃取釜,用蒸馏水在90~100℃搅拌萃取8小时,离心脱水,烘干,得到所述聚酰胺6弹性体。
实施例3:
在10L聚合釜中加入1410g己内酰胺、55g蒸馏水、2400g端氨基聚氧化乙烯醚(Mn=1800)、195g己二酸、30g磷酸,氮气保护下升温至180℃,以300rpm机械搅拌下反应2个小时;然后在240℃下,以300rpm机械搅拌下反应5个小时;在260℃下加入60g丙三醇三缩水甘油醚后,抽真空至100Pa继续以200rpm机械搅拌下反应2小时,然后铸带、拉条、造粒,最后将造粒后的弹性体树脂投入到萃取釜,用蒸馏水在90~100℃搅拌萃取8小时,离心脱水,烘干,得到所述聚酰胺6弹性体。
实施例4:
在10L聚合釜中加入1000g己内酰胺、40g蒸馏水、2800g端氨基聚氧化丙烯醚(Mn=2000)、205g己二酸、20g次亚磷酸钠,氮气保护下升温至170℃,以300rpm机械搅拌下反应3个小时;然后在240℃下,以300rpm机械搅拌下反应5个小时;在250℃下加入35g季戊四醇缩水甘油醚后,抽真空至500Pa继续以200rpm机械搅拌下反应2小时,然后铸带、拉条、造粒,最后将造粒后的弹性体树脂投入到萃取釜,用蒸馏水在90~100℃搅拌萃取8小时,离心脱水,烘干,得到所述聚酰胺6弹性体。
实施例5:
在10L聚合釜中加入530g己内酰胺、25g蒸馏水、2800g端氨基聚氧化丙烯醚(Mn=2000)、400g聚四氢呋喃(Mn=2000)、275g 1,3-环己烷二甲酸、20g亚磷酸,氮气保护下升温至160℃,以300rpm机械搅拌下反应3个小时;然后在220℃下,以300rpm机械搅拌下反应5个小时;在240℃下加入41g季戊四醇缩水甘油醚后,抽真空至200Pa继续以200rpm机械搅拌下反应3小时,然后铸带、拉条、造粒,最后将造粒后的弹性体树脂投入到萃取釜,用蒸馏水在90~100℃搅拌萃取8小时,离心脱水,烘干,得到所述聚酰胺6弹性体。
对比例1:
在10L聚合釜中加入1000g己内酰胺、40g蒸馏水、2800g端氨基聚氧化丙烯醚(Mn=2000)、205g己二酸、20g次亚磷酸钠,氮气保护下升温至170℃,以300rpm机械搅拌下反应3个小时;然后在240℃下,以300rpm机械搅拌下反应5个小时;在250℃下抽真空至500Pa继续以200rpm机械搅拌下反应3小时,然后经铸带、拉条、造粒,最后将造粒后的弹性体树脂投入到萃取釜,用蒸馏水在90~100℃搅拌萃取8小时,离心脱水,烘干,得到所述聚酰胺6弹性体。
将实施例1-5和对比例1中的聚合反应中所用的主要成分及大约用量比列于下表1中。
表1
将上述各实施例制备的组合物按标准尺寸注塑成测试用的标准样条,按中国国家标准测试其物理性能,结果见表2。各物理性能的具体测试方法见表3。
熔体强度测试:
将样品于鼓风烘箱中干燥4h后,采用Rheoten熔体强度仪进行熔体强度测试。其中,毛细管直径1mm、料筒温度230℃、加速度1.2cm/s2,垂直距离195mm,柱塞速度为0.10mm/s。
表2
表3
物理性能 | 单位 | 测试方法 |
相对粘度 | GB/T 12006-2009 | |
熔融指数(250℃、2.16kg) | g/10min | GB/T 3682-2000 |
压缩永久变形 | % | GB 6669 |
从表2中可以看出,本发明实施例1-5中采用多官能团环氧制备的微交联的聚酰胺6弹性体与对比例1中未采用多官能团环氧制备的聚酰胺6弹性体相比,具有熔体强度高、压缩永久形变低的特点。
Claims (10)
1.一种聚酰胺6弹性体的制备方法,其包括以下步骤:
1)投料置换:在高压釜中加入(A)己内酰胺、(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺、(C)水、(D)催化剂、(E)分子量调节剂;
2)水解开环:加热高压釜,启动机械搅拌,将反应釜升温至150~210℃,反应1~5小时,压力为0.2~1.5MPa,使己内酰胺水解开环;
3)连续聚合:维持压力,继续升温至230~280℃,机械搅拌反应2~7小时,将压力缓慢降至常压,加入(F)多官能团环氧,再抽真空至20~1000Pa,继续机械搅拌1~5小时;
4)聚合出料:将反应釜压力平衡至常压,降温至220~260℃,然后铸带、拉条、造粒;以及
5)萃取烘干:将造粒后的弹性体树脂投入到萃取釜,用水在90~100℃搅拌萃取6~10小时,离心脱水,烘干,得到所述聚酰胺6弹性体。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述(A)己内酰胺的用量,基于100重量份的(E)分子量调节剂、(A)己内酰胺和(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺的总量,为10~80重量份,优选为25~50重量份。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺为选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃、聚己内酯二醇、端氨基聚氧化丙烯醚以及端氨基聚氧化乙烯醚中的一种或多种,和/或
所述(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺的数均分子量为300~8000,优选为1500~4000,和/或
所述(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺的用量,基于100重量份的(E)分子量调节剂、(A)己内酰胺和(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺的总量,为20~80重量份,优选为50~80重量份。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述(E)分子量调节剂为选自C2-20脂肪族二元羧酸和C6-20芳香族二元族酸中的一种或多种,优选地,为选自己二酸、癸二酸、十二烷二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、萘二酸、1,3-环己烷二甲酸、1,4-环己烷二甲酸中的一种或多种,和/或
所述(E)分子量调节剂的用量,基于100重量份的(E)分子量调节剂、(A)己内酰胺和(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺的总量,为1~10重量份,优选为2~8重量份。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述(D)催化剂为选自磷酸、亚磷酸、硫酸、氨基己酸、次亚磷酸钠、偏磷酸、草酸中的一种或多种,和/或
所述(D)催化剂的用量,基于100重量份的(E)分子量调节剂、(A)己内酰胺和(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺的总量,为0.1~5重量份,优选为0.5~3重量份;和/或
所述(C)水的用量,基于100重量份的(A)己内酰胺,为0.5~10重量份,优选为1~6重量份。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,所述(F)多官能团环氧为选自乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、季戊四醇缩水甘油醚和间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或多种,和/或,
所述(F)多官能团环氧的用量,基于100重量份的(E)分子量调节剂、(A)己内酰胺和(B)聚醚二醇和/或聚醚二胺的总量,为0.05~5重量份,优选为0.1~3重量份。
7.一种根据权利要求1所述的方法制备的聚酰胺6弹性体,其中,所述聚酰胺6弹性体的硬度范围为20~65D,优选为25~55D;玻璃化转变温度为-70~-55℃;拉伸强度在7~60MPa的范围内,优选在10~40MPa的范围内;断裂伸长率大于250%,优选大于360%;相对粘度在1.9~3.0的范围内,优选在2.3~3.0的范围内。
8.一种制品,其由根据权利要求7所述的聚酰胺6弹性体制成。
9.根据权利要求8所述的制品,其为鞋材中底、滑雪杖把手、防震缓冲包装、汽车密封条或输油管。
10.根据权利要求8所述的制品,所述制品为挤出管材,例如,所述挤出管材选自液压管、螺线软管和医疗器械胶管。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200522 |
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