CN103450666B - 一种聚酰胺复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种聚酰胺复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种韧性良好的聚酰胺复合材料及制备方法和应用。所述的聚酰胺复合材料包含有共混的聚酰胺100 份，带活性官能团的乙烯共聚物0.5‑30 份，助剂0.1~5 份；所述氨基酸改性乙烯共聚物由重量比为100:0.5~20的带活性基团的乙烯共聚物与氨基酸经过熔融混合反应得到。本发明的聚酰胺复合材料具有良好的韧性，特别是低温韧性，在‑40℃的低温下的冲击强度达20KJ/m2以上，部分产品可达30KJ/m2以上，同时聚酰胺复合材料的流动性也得到改善，其适用于扎带、连接器、汽车、电动工具、电子电器等领域的要求。

Description

一种聚酰胺复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种聚酰胺复合材料，特别涉及一种韧性良好的聚酰胺复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚酰胺(Polyamide，PA)俗称尼龙(Nylon)，是分子主链上含有重复酰胺基团(-NHCO-)的热塑性树脂的总称，由聚合的单体不同而分为尼龙6和尼龙66。尼龙是一种性能优异的热塑性半结晶工程塑料，如力学强度高、韧性好、耐热及药品性能良好等，被广泛应用于电子电器、电动工具、汽车、航天等领域。然而，尼龙也存在不耐强酸强碱、干态和低温冲击强度低、吸水率大从而影响其制品尺寸的稳定性和电性能等缺点。特别是在扎带和连接器等行业需要韧性良好的尼龙，市场上尼龙树脂原材料满足不了该领域的要求，因此，对尼龙材料的增韧越来越备受人们的关注。
研究发现，马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物做为增韧剂(MAH-g-POE)对尼龙有较好的增韧效果，能够满足许多行业的要求，在市场上得到广泛的应用。然而，该增韧剂的不足之处是添加量和成本高，气味大，而且往往导致尼龙的流动性变差，加工变困难。
发明内容
本发明的目的，是为了克服现有技术的不足，提供一种聚酰胺复合材料，该聚酰胺复合材料利用氨基酸对乙烯共聚物进行改性，其在-40℃的低温下的冲击强度达20KJ/m2以上，部分产品可达30KJ/m2以上，聚酰胺复合材料的流动性也得到改善。
本发明的另一目的在于提供所述聚酰胺复合材料的制备方法及其应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种聚酰胺复合材料，包括如下按重量份数计的组分：
聚酰胺 100份；
氨基酸改性乙烯共聚物 2~30份；
助剂 0.1~5 份；
所述氨基酸的分子量大于或等于131；
所述的氨基酸改性乙烯共聚物，由重量比为100:0.5~20的带活性基团的乙烯共聚物与氨基酸经过熔融混合，发生接枝反应得到；所述活性基团为能与氨基酸的氨基发生化学反应的酸酐基、环氧基或羧基。
一种聚酰胺复合材料，由如下按重量份数计的组分组成：
聚酰胺 100份；
氨基酸改性乙烯共聚物 2~30份；
助剂 0.1~5 份；
所述氨基酸的分子量大于或等于131；
所述的氨基酸改性乙烯共聚物，由重量比为100:0.5~20的带活性基团的乙烯共聚物与氨基酸经过熔融混合，发生接枝反应得到；所述活性基团为能与氨基酸的氨基发生化学反应的酸酐基、环氧基或羧基。
其中，所述氨基酸改性乙烯共聚物可以通过如下方法制备得到：将带活性基团的乙烯共聚物和氨基酸按照比例在高混机中混合均匀，混合机的转速为450~600转/分钟，随即加入到双螺杆挤出机中，在140~220℃的温度下进行熔融混合反应，然后造粒、冷却、干燥得到所述氨基酸改性乙烯共聚物；所述带活性基团的乙烯共聚物和氨基酸混合物在双螺杆挤出机中的停留时间为2~20min。
其中，在上述的配方范围中，氨基酸改性乙烯共聚物的重量份可以选为2~5份、5~8份、8~10份、10~15份、15~20份、20~30份。
其中，在上述的配方范围中，所述氨基酸改性乙烯共聚物可以由重量比为100:5~10、100:10~15、100:15~20的带活性基团的乙烯共聚物与氨基酸经过熔融混合反应得到。
在上述聚酰胺复合材料中，所述氨基酸的分子量为大于或等于131，其中，氨基酸的结构式可表达为HOOC-R-NH2，R代表含有至少5个碳原子的烷基或烷烯基团。发明人经过大量实验发现，采用分子量131以上的氨基酸对乙烯共聚物进行改性时，对聚酰胺复合材料的人性改善效果比较好，尤其是低温韧性，同时分子量大于或等于131的氨基酸的热稳定性和反应活性都比较好。
作为一种可选方案，所述氨基酸的分子量可选为131~1000。
在上述聚酰胺复合材料中，所述聚酰胺树脂为PA6或PA66，可以通过多个商业来源获取，所述聚酰胺的特性粘度为2.0~3.0 dL/g。
在上述聚酰胺复合材料中，所述带活性基团的乙烯共聚物，其乙烯共聚物母体选自乙烯-丙烯-环戊二烯共聚物EPDM、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物POE中的任意一种或几种；所述的乙烯共聚物母体的密度为0.850~1.000g/cm3，熔体质量流动速率为0.2~10g/10min(190℃/2.16kg)。
在上述聚酰胺复合材料中，所述带活性基团的乙烯共聚物为马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物，马来酸酐接枝的乙烯-丙烯-环戊二烯共聚物、环氧接枝的乙烯-辛烯共聚物或端羧基的乙烯-丁烯共聚物。
在上述聚酰胺复合材料中，所述助剂可以是热稳定剂、光稳定剂、脱模剂、颜料、染料或其组合，作为一种优选方案，所述助剂优选包含抗氧剂（即热稳定剂或光稳定剂）和/或脱模剂；所述的热稳定剂可选自酚类、亚磷酸酯类、硫代酯类的复合物中的一种或几种复配；所述的光稳定剂可为受阻胺类、苯并三唑类、苯并噁嗪酮类复合物中的一种或几种复配；所述的脱模剂为低分子酯类硬脂酸、金属皂（Cast、Znst）、硬脂酸复合酯或酰胺类（芥酸酰胺）中的一种或几种复配。
上述聚酰胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：将聚酰胺树脂、氨基酸改性乙烯共聚物及助剂在高混机中混合均匀，混合机的转速为450~600转/分钟，随即加入到双螺杆挤出机中，在240~260℃的温度下进行熔融混合，然后造粒、冷却、干燥。
本发明制备的聚酰胺复合材料可用于扎带、连接器、汽车、电动工具、电子电器等领域。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明所述的具有超低温韧性的聚酰胺复合材料在-40℃的低温下的冲击强度达20KJ/m2以上，部分产品可达30KJ/m2以上，聚酰胺复合材料的流动性也得到改善，其满足扎带、连接器、汽车、电动工具、电子电器等领域的要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
本发明的实施例采用以下原料：
聚酰胺-1，金发科技股份有限公司，特性粘度2.4 dL/g，牌号PA6-1；
聚酰胺-2，金发科技股份有限公司，特性粘度2.7 dL/g，牌号PA6-2；
聚酰胺-3，金发科技股份有限公司，特性粘度2.4 dL/g，牌号PA66-1；
聚酰胺-4，金发科技股份有限公司，特性粘度2.7 dL/g，牌号PA66-2；
N493，MAH-g-POE，美国杜邦公司，熔融指数约为2.5 g/10min（190℃，2.16kg）；
7003A，MAH-g-EPDM，Polyram公司，熔融指数约为2g/10min（190℃，2.16kg）；
MB-03，环氧接枝的POE，金发科技股份有限公司，熔融指数约为4 g/10min（190℃，2.16kg）；
AX-01，端羧基的乙烯－丁烯共聚物，金发科技股份有限公司，熔融指数约为10 g/10min（190℃，2.16kg）；
氨基酸-1，6-氨基己酸，国药集团化学试剂有限公司，分子量131，熔点180℃；
氨基酸-2，12-氨基癸酸，国药集团化学试剂有限公司，分子量271，熔点210℃；
氨基酸-3，高分子的氨基酸，Aldrich公司，分子量约为820，熔点230℃。
氨基酸-4，丙氨酸，安徽华恒生物工程有限公司，分子量89，熔点200℃。
脱模剂OP蜡，克莱恩公司；
抗氧剂，四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，瑞士汽巴公司，1010；
材料性能测试方法：
（1）拉伸强度：按ISO527测试；速度为50mm/min；
（2）悬臂梁缺口冲击强度：按ISO180测试，A型缺口；
（3）悬臂梁缺口冲击强度(-40℃)：按照ISO180测试，A型缺口，测试环境温度-40℃；
（4）弯曲模量：按ISO178测试，速度为2mm/min；
（5）熔体流动速率（MFR）：按ISO1133测试，条件为280℃，2.16Kg；
在本发明中助剂对产品的性能影响不大，对于其它常见的助剂不一一举例，以下具体实施例，所述原料均为重量份。
实施例1~10 氨基酸改性乙烯共聚物的制备
将氨基酸与带活性基团的乙烯共聚物按照表1中的组成比例加入双螺杆挤出机中（螺杆直径为32mm, 长径比L/D=36）。其中双螺杆挤出机各螺筒温度(由加料口到机头)分别是：140℃、210℃、220℃、220℃、220℃、210℃，螺杆转速为250转/分钟，喂料量50kg/h。
表1氨基酸改性乙烯共聚物的制备（表中组份含量为重量份）
实施例1~10得到的氨基酸改性乙烯共聚物粒子先后经过甲苯、丙酮溶剂洗涤，使没有反应完的氨基酸被抽提出来，最后粒子经过热压成片状的薄膜进行红外分析。通过分析，与未进行氨基酸改性的原来带活性基团的乙烯共聚物相比，实施例1的红外光谱图中的1784cm-1为马来酸酐的伸缩振动峰明显减小，1700cm-1左右明显多出一个羧基的伸缩振动峰，实施例2的红外谱图中的1784cm-1的峰基本消失。实施例3~9的结果与实施例1~2类似。说明通过双螺杆挤出氨基酸已经和马来酸酐接枝的乙烯共聚物已经发生化学反应而结合在一起。
接枝率通过1784cm-1和1460 cm-1（CH2弯曲振动峰）的马来酸酐的反应程度来衡量，从表1可以看出，氨基酸的接枝率在80%以上。
将实施例1~10、对比例1~2得到的胶料粒子分别相应命名为A-1~10和B-1~2，上述12种氨基酸改性乙烯共聚物80℃烘干后待用。
实施例11~32和对比例3~10
把干燥后的尼龙树脂、上述改性的乙烯共聚物及助剂按照表2~4中记载的比例加入双螺杆挤出机中（螺杆直径为35mm, 长径比L/D=36）。其中双螺杆挤出机各螺筒温度(由加料口到机头)分别是：140℃、260℃、270℃、270℃、250℃、250℃，螺杆转速为300转/分钟，喂料量50kg/h。将上述的得到的产品在120℃的烘箱里面干燥3-4小时后注塑标准样条，注塑温度为270℃。注塑好的标准样条在25℃，50%的相对湿度下放置24小时后再测试性能。
表2聚酰胺复合材料的制备及性能测试（表中组份含量为重量份）
从表2的对比例3~5可见，随着乙烯共聚物N493含量的增加，PA6-2复合材料的拉伸强度和弯曲模量下降，断裂伸长率、常温冲击和-40℃低温冲击强度有明显的提高，流动性也显著下降。而加入经过氨基酸反应的N493后，如实施例11与对比例3相比，常温冲击强度和低温冲击强度(-40℃)性能有很大的提高，且流动性、弯曲模量和拉伸强度都有提高。
表3聚酰胺复合材料的制备及性能测试（表中组份含量为重量份）
从表3中，可以看出，实施例18~22反应了本发明制备的各种氨基酸改性乙烯共聚物均能提高聚酰胺复合材料的冲击性能及拉伸强度。对比例9可以看出，当采用分子量较低的氨基酸进行改性时，对聚酰胺复合材料的低温冲击性能的改善效果并不明显；从对比例10中还可以看出，当采用较高比例的氨基酸对乙烯共聚物进行改性时，所得的改性乙烯共聚物对改善聚酰胺复合材料的常温和低温冲击强度帮助不大。
表4聚酰胺复合材料的制备及性能测试（表中组份含量为重量份）
由表4可见，本申请所述的氨基酸改性乙烯共聚物适用于改善各种聚酰胺的抗冲性能，并且对流动性等其他性能也有一定的提高。
本发明的聚酰胺复合材料具有优良的常温韧性、低温韧性 (-40°C)和流动性，适用于扎带、连接器、汽车、电动工具、电子电器等领域的要求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种聚酰胺复合材料，其特征在于，由如下按重量份数计的组分组成：
聚酰胺 100份；
氨基酸改性乙烯共聚物 2~30份；
助剂 0.1~5 份；
所述氨基酸的分子量大于或等于131；
所述的氨基酸改性乙烯共聚物，由重量比为100:0.5~20的带活性基团的乙烯共聚物与氨基酸经过熔融混合，发生接枝反应得到；所述活性基团为能与氨基酸的氨基发生化学反应的酸酐基、环氧基或羧基；
所述带活性基团的乙烯共聚物为马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物，马来酸酐接枝的乙烯-丙烯-环戊二烯共聚物、环氧接枝的乙烯-辛烯共聚物或端羧基的乙烯-丁烯共聚物。
2.根据权利要求1所述的聚酰胺复合材料，其特征在于所述氨基酸的分子量为131~1000。
3.根据权利要求1所述聚酰胺复合材料，其特征在于所述聚酰胺为PA6或PA66。
4.根据权利要求1所述聚酰胺复合材料，其特征在于所述聚酰胺的特性粘度2.0~3.0dL/g。
5.根据权利要求1所述聚酰胺复合材料，其特征在于所述助剂为抗氧剂和/或脱模剂。
6.权利要求1~5中任意一项权利要求所述聚酰胺复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
将聚酰胺树脂、氨基酸改性乙烯共聚物及助剂在高混机中混合均匀，混合机的转速为450~600转/分钟，随即加入到双螺杆挤出机中，在240~260℃的温度下进行熔融混合，然后造粒、冷却、干燥。
7.权利要求1~5中任意一项权利要求所述聚酰胺复合材料在制备扎带、连接器、电动工具、电子电器或汽车中的应用。
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