CN101641393B - 聚酰胺树脂的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种聚草酰胺树脂的制造方法,其不进行在以往的聚草酰胺树脂的制造中所需要的在溶剂中的前缩聚工序,而通过1步聚合来制造聚草酰胺树脂。是通过在耐压容器内混合草酸二酯和二胺,在由缩聚反应生成的醇的存在下进行加压聚合,然后,在生成的聚合物的熔点以上的温度下,优选取出醇进行熔融聚合,由此在制造工序中不使用由原料的缩聚生成的醇以外的溶剂,而通过1步聚合来制造聚草酰胺树脂的方法。
Description
相关申请的说明
本申请是基于2007年3月27日向日本专利厅申请的特愿2007-81787号主张优先权的国际申请,在此参照并包含该基础申请的公开内容。
技术领域
本发明涉及聚酰胺树脂的制造方法。具体而言,涉及二羧酸成分为草酸的聚酰胺树脂的制造方法。
背景技术
二羧酸成分为草酸的聚酰胺树脂被称作聚草酰胺树脂,已知与相同氨基浓度的其它聚酰胺树脂相比熔点高,饱和吸水率低(特开2006-57033号公报)。
目前为止,提出了使用了种种二胺作为二胺成分的聚草酰胺树脂的方案。聚草酰胺树脂是由草酸或者草酸二酯与脂肪族或芳香族二胺缩聚而得到的。但是,使用草酸作为单体时,草酸自身如果超过180℃则热分解,以及草酸末端也因热分解而末端封端,因此,得到高分子量聚草酰胺树脂的合成例不存在。
另一方面,使用了草酸二烷基酯等草酸二酯作为单体的聚草酰胺树脂的制造方法也是公知的,提出了通过与种种二胺缩聚而产生的聚草酰胺树脂的方案。例如,提出了使用了1,10-癸二胺、1,9-壬二胺、1,8-辛二胺作为二胺成分的聚草酰胺树脂(均为特表平5-506466号公报)、使用了1,6-己二胺作为二胺成分的聚草酰胺树脂(S.W.Shalaby.,J.Polym.Sci.,11,1(1973))等许多聚草酰胺树脂。
但是,公知的聚草酰胺树脂需要以下2步聚合工序:即全部在甲苯等的溶剂中使其进行缩聚反应而得到预聚物的前缩聚工序、和从由此得到的预聚物中蒸馏除去溶剂后进行熔融聚合或固相聚合而得到聚合物的后缩聚工序。因此,聚草酰胺树脂的制造存在为了蒸馏除去溶剂而需要很多能量和时间的问题,不适合于工业上的制造。
发明内容
本发明要解决的课题在于,提供一种不进行在以往的聚草酰胺树脂的制造中所需要的在溶剂中进行的前缩聚工序、而通过1步聚合来制造聚草酰胺树脂的方法。
本发明人等为了解决上述课题进行了专心的研究,结果发现以下制造方法:通过在耐压容器内将草酸二酯和二胺进行混合,在由缩聚反应生成的醇的存在下进行加压聚合,然后在生成的聚合物的熔点以上的温度下,优选取出醇进行熔融聚合,由此可以在制造工序中不使用由原料的缩聚生成的醇以外的溶剂,而通过1步聚合来制造聚草酰胺树脂,从而完成本发明。
通过本发明的聚酰胺树脂制造方法,可以不进行以往技术中的聚草酰胺树脂的制造中需要的溶液聚合工序,进行1步聚合。
由于不需要上述溶液聚合工序,因此不需要以往的同时添加有草酸或草酸二酯和二胺的溶剂。
附图说明
图1表示由实施例1得到的聚草酰胺树脂在氘代硫酸中的NMR光谱和得到的峰的归属。
具体实施方式
(1)聚酰胺的构成成分
作为成为本发明的制造对象的聚草酰胺树脂的草酸源,使用草酸二酯,所述草酸二酯只要是与氨基具有反应性的草酸二酯就没有特别限定,可举出:草酸二甲酯、草酸二乙酯、草酸二正(或异)丙酯、草酸二正(或异、或叔)丁酯等脂肪族一元醇的草酸二酯;草酸二环己酯等脂环式醇的草酸二酯;草酸二苯酯等芳香族醇的草酸二酯等。其中,特别优选草酸二丁酯。
作为原料的二胺,可举出选自乙二胺、丙二胺、1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺、1,7-庚二胺、1,8-辛二胺、1,9-壬二胺、1,10-癸二胺、1,12-十二烷二胺、3-甲基-1,5-戊二胺、2,2,4-三甲基-1,6-己二胺、2,4,4-三甲基-1,6-己二胺、2-甲基-1,8-辛二胺、5-甲基-1,9-壬二胺等脂肪族二胺;以及环己烷二胺、甲基环己烷二胺、异佛尔酮二胺等脂环式二胺;以及对苯二胺、间苯二胺、苯二甲胺、4,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基砜、4,4’-二氨基二苯基醚等芳香族二胺等中的1种或2种以上的任意的混合物。
(2)聚酰胺的制造方法
以下,具体说明本发明的制造方法。
以往,由于聚草酰胺的熔点比草酸二酯等单体的沸点高,因此使二胺和草酸二酯在溶剂中反应制备某程度的分子量的聚草酰胺(前聚合),在没有低沸点的单体时除去溶剂进行熔融聚合(后聚合)。如果在前聚合中没有溶剂,聚草酰胺以低分子量状态析出,固液分离,有时存在残存大量未反应单体。因此,在前聚合中使用溶剂使单体溶解,残存单体少,制造更高分子量的聚草酰胺。相对于此,根据本发明,使用草酸二酯反应生成的醇作为溶剂。通过在加压下使醇不溅出而作为溶剂使用,可以进行1步聚合。对于加压,只要醇不溅出即可,并不是调整反应的压力。但是,由于本发明的聚合是平衡反应,因此为了完成聚合,需要除去醇。
首先,将二胺加入耐压容器内,进行氮置换,然后在封闭压力下升温至反应温度。然后,在反应温度下保持封闭压力状态,直接向耐压容器内注入草酸二酯,开始缩聚反应。对于反应温度,只要是由二胺和草酸二酯反应生成的聚草酰胺在同时生成的醇中可以维持浆料状或溶液状态、不热分解的温度就没有特别限定。
例如,在以包含1,9-壬二胺和2-甲基-1,8-辛二胺的混合物、且1,9-壬二胺和2-甲基-1,8-辛二胺的摩尔比为6∶94~99∶1的二胺和草酸二丁酯为原料的聚草酰胺树脂的情况下,上述反应温度优选为180℃到240℃。另外,草酸二酯和二胺的投料比以草酸二酯/上述二胺计为0.8~1.5(摩尔比),优选为0.91~1.1(摩尔比),更优选为0.99~1.01(摩尔比)。
对于本发明的反应而言,即使为1,9-壬二胺及2-甲基-1,8-辛二胺以外的二胺,也将前聚合中产生的醇作为溶剂使用,本质上是相同的方法,只不过温度条件有些变化。
接着,将耐压容器内保持为封闭压力状态,同时升温至聚草酰胺树脂的熔点以上且不热分解的温度以下。例如,在以包含1,9-壬二胺和2-甲基-1,8-辛二胺、且1,9-壬二胺和2-甲基-1,8-辛二胺的摩尔比为85∶15的二胺和草酸二丁酯为原料的聚草酰胺树脂的情况下,由于熔点为235℃,因此优选从240℃升温至280℃。达到规定温度后的耐压容器内的压力大致为生成的醇的饱和蒸汽压。然后,蒸馏除去生成的醇,同时释放压力,根据需要在常压氮气流下或减压下继续进行缩聚反应。进行减压聚合时优选的最终达到压力为760~0.1Torr。
(3)聚酰胺的性状及物性
由本发明得到的聚酰胺的分子量没有特别限定,使用聚酰胺树脂浓度为1.0g/dl的96%硫酸溶液,在25℃下测定的相对粘度ηr在1.5~6.0的范围内。ηr低于1.5时,成型物变脆,物性下降。另一方面,ηr高于6.0时,熔融粘度变高,成型加工性变差。
实施例
[评价方法]
下面列举对本发明进行具体说明,本发明不受限于这些实施例。予以说明的是,实施例中的结构解析、数均分子量的计算、末端基团浓度的计算、相对粘度的测定按照以下方法进行。
(1)结构解析
一次结构的鉴定利用1H-NMR进行。1H-NMR使用ブル力一·バイオスピン公司制造的AVANCE 500,在溶剂为氘代硫酸、累计次数为1024次的条件下进行测定。
(2)数均分子量(Mn)
数均分子量(Mn)以由1H-NMR光谱求出的信号强度为基础,在以包含1,9-壬二胺和2-甲基-1,8-辛二胺、且1,9-壬二胺和2-甲基-1,8-辛二胺的摩尔比为85∶15的二胺和草酸二丁酯为原料的聚草酰胺树脂〔以下简称为PA92(NMDA/MODA=85/15)〕的情况下,由下式算出。
Mn=np×212.30+n(NH2)×157.28+n(OBu)×129.14+n(NHCHO)×29.14
另外,上述式中的各项规定如下。
·np=Np/[(N(NH2)+N(NHCHO)+N(OBu))/2]
·n(NH2)=N(NH2)/[(N(NH2)+N(NHCHO)+N(OBu))/2]
·n(NHCHO)=N(NHCHO)/[(N(NH2)+N(NHCHO)+N(OBu))/2]
·n(OBu)=N(OBu)/[(N(NH2)+N(NHCHO)+N(OBu))/2]
·Np=Sp/sp-N(NHCHO)
·N(NH2)=S(NH2)/s(NH2)
·N(NHCHO)=S(NHCHO)/s(NHCHO)
·N(OBu)=S(OBu)/s(OBu)
其中,各项具有以下的含义。
·Np:除去了PA92(NMDA/MODA=85/15)的末端单元的、分子链中的重复单元总数。
·np:每1分子的分子链中的重复单元数。
·Sp:基于除去了PA92(NMDA/MODA=85/15)的未端的、分子链中的重复单元中的草酰胺基邻接的亚甲基的质子的信号(3.1ppm附近)的积分值。
·sp:在积分值Sp中计算的氢数(4个)。
·N(NH2):PA92(NMDA/MODA=85/15)的未端氨基的总数。
·n(NH2):每个分子的末端氨基的数。
·S(NH2):基于PA92(NMDA/MODA=85/15)的末端氨基邻接邻接的亚甲基的质子的信号(2.6ppm附近)的积分值。
·s(NH2):在积分值S(NH2)中计算的氢数(2个)。
·N(NHCHO):PA92(NMDA/MODA=85/15)的末端甲酰胺基的总数。
·n(NHCHO):每1分子的末端甲酰胺基的数。
·S(NHCHO):基于PA92(NMDA/MODA=85/15)的甲酰胺基的质子的信号(7.8ppm)的积分值。
·s(NHCHO):在积分值S(NHCHO)中计算的氢数(1个)
·N(OBu):PA92(NMDA/MODA=85/15)的末端丁氧基的总数。
·n(OBu):每1分子的末端丁氧基的数。
·S(OBu):基于PA92(NMDA/MODA=85/15)的末端丁氧基邻接的氧原子上的亚甲基的质子的信号(4.1ppm附近)的积分值。
·s(OBu):积分值S(OBu)中计算的氢数(2个)。
(3)末端基团浓度:使用草酸二丁酯时,末端氨基浓度[NH2]、末端丁氧基浓度[OBu]、末端甲酰胺基浓度[NHCHO]分别按下式求出。
·末端氨基浓度[NH2]=n(NH2)/Mn
·末端丁氧基浓度[OBu]=n(OBu)/Mn
·末端甲酰胺基浓度[NHCHO]=n(NHCHO)/Mn
(4)相对粘度(ηr)
ηr使用聚酰胺树脂浓度为1.0g/dl的96%硫酸溶液,在25℃下用奥斯托瓦尔德(Ostwald)型粘度计对相对于96%硫酸溶液的相对粘度进行测定。
[实施例1]
在具备搅拌机、温度计、扭矩仪、压力计、氮气导入口、泄压口、聚合物取出口、以及通过直径1/8英寸的SUS316制配管直接连结原料进料泵的原料投入口的1L的耐压容器中加入1,9-壬二胺59.76g(0.3776摩尔)、2-甲基-1,8-辛二胺10.55g(0.06663摩尔),用纯度为99.9999%的氮气将耐压容器内加压到3.0MPa后,重复5次释放氮气的操作直至恢复常压后,在封闭压力下将体系内升温。用2个小时,使内部温度达到210℃后,用原料进料泵以流速5ml/分钟用17分钟将草酸二丁酯89.33g(0.4417摩尔)注入到反应容器内。这时,耐压容器内的内压因由缩聚反应生成的1-丁醇而上升到0.95MPa,内部温度上升到217℃。注入草酸二丁酯后立即开始升温,用1.5小时使内部温度达到260℃。这时,容器内的内压为2.25MPa。内部温度达到260℃之后立即停止搅拌,用17分钟将由缩聚反应生成的1-丁醇从泄压口取出。使体系内压力回到常压后在氮气流下,使聚合物从容器下部取出。得到的聚合物为白色的聚合物。
[比较例1]
用纯度为99.9999%的氮气置换具备搅拌机、空气冷却管、氮气导入管、原料投入口的内容积为300ml的可拆式烧瓶(separableflask)内部,加入草酸二丁酯42.07g(0.2079摩尔)。将该容器保持在20℃,一边搅拌一边添加1,9-壬二胺27.95g(0.1766摩尔)、2-甲基-1,8-辛二胺4.93g(0.0312摩尔),进行缩聚反应。这时,聚合物不溶解于由缩聚反应生成的丁醇中而直接析出。予以说明的是,从原料加入到反应结束的全部操作均在50ml/分钟的氮气流下进行。得到的聚合物为白色粉末状。
[比较例2]
使用具备搅拌机、空气冷却管、氮气导入管、原料投入口的内容积为5L的可拆式烧瓶,加入草酸二丁酯1211g(5.9871摩尔)、1,9-壬二胺807.6g(5.102摩尔)、2-甲基-1,8-辛二胺142.5g(0.9004摩尔),在反应结束之前的全部操作在200ml/分钟的氮气流下进行,除此以外,与实施例1同样,进行缩聚反应。这时,聚合物不溶解于由缩聚反应生成的丁醇中而直接析出。得到的聚酰胺为白色粉末状。
由实施例1及比较例1、比较例2得到的聚草酰胺树脂的ηr、末端基团浓度、数均分子量示于表1。
表1
实施例1 比较例1 比较例2
相对粘度ηr*1 2.13 1.47 1.43
数均分子量*2 10600 5300 800
末端基团浓[-NH2] 10.8 24.5 6.7
度10-5[-OBu] 0.8 13.3 248.5
eq/g*2[-NHCHO] 7.3 0 0
*1 1.0g/dl 96%硫酸溶液
*2由NMR测定求得的计算值
根据表1,实施例1中,与比较例相比,可得到分子量高的聚草酰胺。
通过实施例1得到的聚草酰胺树脂在氘代硫酸中的NMR光谱和得到的峰的归属示于图1。在图1中,化学式中记载的符号a~o对应NMR光谱的峰所示的符号a~o。
产业上的可利用性
本发明的方法,如以上详细所述,通过在耐压容器内将原料的草酸二酯和二胺进行混合,在由缩合反应生成的醇的存在下进行加压聚合,由此得到聚草酰胺树脂。因此,可以省略以往公知的溶剂中的前聚合工序,而且也可以省略蒸馏除去溶剂的工序及该工序所花费的时间、能量,能够高效率地制造聚草酰胺树脂。
Claims (10)
1.一种聚酰胺树脂的制造方法,其是二羧酸成分为草酸的聚酰胺树脂的制造方法,其特征在于,包括在耐压容器内对原料的草酸二酯和二胺进行混合、在由缩合反应生成的醇的存在下进行加压聚合的工序,不使用由原料的缩聚生成的醇以外的溶剂。
2.根据权利要求1所述的聚酰胺树脂的制造方法,其特征在于,
通过由所述缩合反应生成的醇对所述耐压容器内进行加压后,从所述耐压容器内取出醇,释放压力,进行缩聚反应。
3.根据权利要求2所述的聚酰胺树脂的制造方法,其中,取出所述醇,释放压力后,在常压下或减压下进行缩聚反应。
4.根据权利要求1或2所述的聚酰胺树脂的制造方法,其中,以碳数6~12的二胺为原料。
5.根据权利要求1或2所述的聚酰胺树脂的制造方法,其中,草酸二酯和二胺的投料比以草酸二酯/二胺计在0.8~1.5的摩尔比的范围内。
6.根据权利要求1或2所述的聚酰胺树脂的制造方法,其中,原料二胺包含1,9-壬二胺和2-甲基-1,8-辛二胺、且包含1,9-壬二胺和2-甲基-1,8-辛二胺的摩尔比为6∶94~99∶1的二胺成分。
7.根据权利要求1或2所述的聚酰胺树脂的制造方法,其中,反应开始时,将反应温度设定为由二胺和草酸二酯的反应生成的聚草酰胺在同时生成的醇中可以维持浆料状或溶液状态、且不热分解的温度,接着,将耐压容器内保持为封闭压力状态,同时升温至聚草酰胺树脂的熔点以上且不热分解的温度以下。
8.根据权利要求3所述的聚酰胺树脂的制造方法,其中,进行所述减压聚合时的最终达到压力为760~0.1Torr。
9.根据权利要求7所述的聚酰胺树脂的制造方法,其中,所述反应开始时的反应温度在180℃~240℃的范围内。
10.根据权利要求7所述的聚酰胺树脂的制造方法,其中,原料二胺包含1,9-壬二胺和2-甲基-1,8-辛二胺,所述升温的反应温度在240℃~280℃的范围内。
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