CN107735426A - 低粘度透明聚酰胺 - Google Patents

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Abstract

低粘度和透明聚酰胺及其制备方法。所述透明聚酰胺包含下述成分的反应产物：完全氢化的二聚酸；第二种直链饱和二羧酸；亚烷基二胺；二哌啶；任选存在的不同于所述亚烷基二胺的第二种二胺；和任选存在的添加剂。所述聚酰胺具有低熔融粘度和高透光率。

Description

低粘度透明聚酰胺
技术领域
本发明广义上涉及聚酰胺，更具体地涉及具有低熔融粘度、低玻璃化转变温度、高耐热性、低温柔性、良好粘合性和良好耐UV性的透明聚酰胺。
背景技术
聚酰胺是由通过酰胺键连接的重复单元形成的聚合物。天然的聚酰胺包括所有蛋白质。人工制得的聚酰胺可通过多种方法形成，所述方法包括逐步增长聚合、开环聚合和固相合成。三种主要类型的聚酰胺包括脂族聚酰胺、半芳族聚酰胺和芳族聚酰胺。脂族聚酰胺由直链构成，其实例包括尼龙组合物如尼龙6和尼龙66。半芳族聚酰胺也称为聚邻苯二甲酰胺，且实例包括由六亚甲基二胺和对苯二甲酸制成的那些，包括诸如和等实例。芳族聚酰胺也称为芳酰胺(aramides)，通常包括对苯二胺和对苯二甲酸，实例包括和
聚酰胺广泛地用于纺织工业、汽车应用、地毯以及运动服和运动装置中。透明聚酰胺的特征通常在于良好的低温冲击强度和高透光率。不理想的是，它们通常显示出高熔融粘度，使得它们难以处理，尤其是与可用于模塑程序的其他聚合物相比。透明聚酰胺在各种各样装置中得到应用，包括：作为包覆模制或封装组合物以覆盖发光二极管(LED)、电路板、闪存驱动器和其他电子组件。它们也可以用于吹塑工艺。典型的透明聚酰胺由芳族或环脂族组分制得，它们具有高玻璃化转变温度(Tg)，并且所制得的聚酰胺倾向于具有低粘合性。
期望制备显示出高透明性、低熔融粘度、高耐热性、高硬度、低温柔性、对基材的良好粘合性和良好耐UV性的聚酰胺。
发明内容
一般而言，在一个实施方式中，本公开提供一种透明聚酰胺，其包含下述成分的反应产物：完全氢化的二聚酸；第二种二羧酸；二胺；和二哌啶。任选地，所述聚酰胺可与选自由抗氧剂、光稳定剂、受阻胺光稳定剂、UV吸收剂和它们的任意混合物组成的组中的至少一个添加剂组合。
在一个实施方式中，本发明为一种形成聚酰胺的方法，其包括下述步骤：a)通过在反应容器中组合完全氢化的二聚酸、第二种二羧酸、二胺和二哌啶形成反应混合物；b)将所述反应混合物加热至升高的温度，并将所述反应混合物维持在升高的温度下达到预定时间，直到反应基本上完成；c)使基本上反应的混合物经受真空，同时维持在升高的温度下；和d)移除真空，并将反应产物冷却至室温，由此回收形成的聚酰胺。
通过优选实施方式的详细说明，本发明的这些和其他特征和优点对于本领域技术人员来说将变得更加明显。伴随详细说明的附图描述如下。
优选实施方式的详细说明
在一个实施方式中，本公开涉及显示出高透光率的透明聚酰胺、其制备方法以及包括其的组合物。本发明的透明聚酰胺还显示出低熔融粘度、高耐热性、高硬度、良好的低温柔性、良好的粘合性和良好的耐UV性。优异的低熔融粘度使得本公开的聚酰胺尤其可用于低压模塑工艺。
所公开的聚酰胺包含下述成分的反应产物：完全氢化的二聚酸、第二种二羧酸、亚烷基二胺、二哌啶、任选存在的第二种二胺和任选存在的添加剂。
二聚脂肪酸是通过不饱和脂肪酸(主要为C18型)的复杂低聚反应制得。二聚化产生单羧酸、二羧酸和三羧酸的混合物。所述混合物可被蒸馏、纯化和氢化，以提供高纯度、完全氢化的C36二聚酸。当使用完全氢化的C36二聚酸时，得到特别有用的透明聚酰胺。这些完全氢化的C36二聚酸可例如作为PRIPOL 1009从Croda或EMPOL 1008从BASF获得。
第二种二羧酸可以是具有6至14个碳原子的任何直链、饱和二羧酸。优选不使用支化的二羧酸、环脂族二羧酸和芳族二羧酸。示例性的二羧酸包括己二酸；壬二酸；癸二酸；十二烷二酸(DDDA)；和十四烷二酸(TDDA)。当第二种二羧酸包含己二酸、基本上由己二酸组成或由己二酸组成时，得到特别有用的透明聚酰胺。
亚烷基二胺由至少一种具有2至8个碳原子的亚烷基二胺构成。在一个实施方式中，亚烷基二胺对应于式：H2N--(CHR)n--NH2其中"n"为2至8和R为氢或低级(例如，C1-C4)烷基。单个分子中的R基团可以相同或不同。在本发明的一个实施方式使用直链的亚烷基二胺(其中所有的R基团为H)，尽管也可以使用(单独或者与一种或多种直链亚烷基二胺组合)支链亚烷基二胺(其中至少一个R为C1-C4烷基)。亚烷基二胺的说明性非限制性实例包括乙二胺、1,2-丙二胺、1,3-丙二胺、四亚甲基二胺、五亚甲基二胺、六亚甲基二胺、八亚甲基二胺、2-甲基-1,5-戊二胺和它们的任意混合物。当亚烷基二胺包含六亚甲基二胺、基本上由六亚甲基二胺组成或由六亚甲基二胺组成时，得到特别有用的透明聚酰胺。
二哌啶可以是任何具有两个连接的吡啶部分的化合物。连接部分有利地为烃如C1至C6直链烷基。连接部分键合至每个吡啶部分上的碳原子。当二哌啶包含4,4'(1,3丙烷二基)双-(哌啶)(其可从Reilly Industries,Inc商购获得)、基本上由其组成或由其组成时，得到特别有用的透明聚酰胺。
所述反应物可任选地进一步包含第二种二胺。用于第二种二胺的有用物质包括3-(氨基甲基)-3,5,5-三甲基环己胺(异氟尔酮二胺)；哌嗪、2-甲基五亚甲基二胺、聚氧化亚烷基二胺如聚(乙二醇)二胺和聚(丙二醇)二胺，可从Huntsman作为系列获得；和它们的任意混合物。
所述组合物可任选包括聚酰胺领域中已知的一种或多种添加剂。一些示例性的添加剂包括抗氧剂、光稳定剂、消泡剂和它们的任意混合物。
有用的抗氧剂包括所有的现有技术已知与聚酰胺一起使用的那些。有用的抗氧剂的实例包括可从BASF获得的抗氧剂，例如1098(N,N'-己烷-1,6-二基双(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酰胺))。基于所述组合物的总重量，抗氧剂通常以1.5-2.0重量％的量使用。
一种有用的光稳定剂为受阻胺光稳定剂(HALS)中的任一种。这些通常是2,2,6,6-四甲基哌啶的衍生物，并且是针对大多数聚合物的光诱导降解的非常有效的稳定剂，它们通常基于所述组合物的总重量以1-2重量％的量使用。其它有用的光稳定剂包括UV吸收剂，通常基于所述组合物的总重量以0.5-2.0重量％的量使用。HALS和UV光吸收剂的实例是本领域技术人员已知的，并且包括，仅作为举例，可从BASF获得的光稳定剂如312、328、384-2和可从BASF获得的光稳定剂如
有用的消泡剂包括常规的聚硅氧烷消泡剂。
示例性的透明聚酰胺和组合物显示如下。
根据本公开的透明聚酰胺和组合物将具有下述特征。
参数 范围
颜色(加德纳色数，100密耳样品) 最大1
透明性(透光率％) 最小88％
210℃下的粘度 59-78泊
软化点 150-180℃
芯轴弯曲 -15℃至-30℃
玻璃化转变温度(Tg) +1℃至-10℃
根据本公开的透明聚酰胺和组合物优选具有下述特征。
在一些实施方式中，所述透明聚酰胺具有1以下的颜色和88％以上的透明性。
在本公开的聚酰胺的一种制备方法中，初始将所有反应物投入反应容器。在惰性气体覆盖下加热反应物混合物至足以使反应实质上进行的温度和时间。典型的反应物温度将高于200℃，优选高于215℃，和典型的时间将大于60分钟，更通常大于90分钟。
随后，将反应物维持在升高的温度下，并经受真空一段时间以除去挥发性组分。典型的反应物温度将高于200℃，优选高于215℃。典型的真空将高于2mm Hg，更通常2-15mmHg。典型的时间将大于10分钟，更通常大于15分钟。
实验程序
下述程序用于测试。
通过测量800-850nm下的光穿过2mm厚的聚酰胺样品的透射测试透明性。
使用加德纳装置对100密耳厚的聚酰胺样品测试颜色。
使用ASTM D 3236-88，利用Brookfield粘度计27号转子在20rpm下，在210℃下测量热熔融粘度。
根据ASTM E 28-99，使用环球法测量软化点。
使用ASTM D 638，测定2％模量。
使用ASTM D 638并测量直到样品断裂，测定伸长率。
使用ASTM D 638，测定极限拉伸强度和屈服点。
使用ASTM D 2240，测定肖氏A和肖氏D。
如下进行芯轴弯曲测试。样品制备成3英寸×0.5英寸×50密耳的条。在测试温度下，将所述条和芯轴在冷冻机中冷却至少30分钟。将经冷却的测试条围绕1/2、1/4、1/8英寸的圆柱形芯轴缠绕。在各测试后，将冷冻机温度降低5℃。所述条可以围绕芯轴360度缠绕而没有开裂或断裂的最低温度是芯轴弯曲温度。
使用差示扫描量热仪(DSC)测定玻璃化转变温度(Tg)。在第一次运行中，以10℃/分钟的速率将样品从0℃加热至250℃，并以-10℃/分钟的速率从250℃冷却至-60℃。在第二次运行中，以15℃/分钟的比率将样品从-60℃加热至250℃。从DSC第二次运行获得Tg值。
使用ASTM D1238测定熔体流动速率。
通过浸入水中24小时或168小时的样品的增重来测定水分吸收。
通过记录粘合到纸板基材的聚酰胺样品(在各基材上具有1平方英寸粘合区域)在恒定的3磅载荷下显示出剪切破坏的温度来测定温度抗蠕变性。
实施例
下述方法用于制备实施例。将部分1的各组分混合，并在216℃的反应温度下进行聚合90分钟。随后，将反应物混合物保持在216℃，并在5-10mm HG的真空下放置15分钟。将所得到的透明聚酰胺与部分2的各组分混合，以形成透明聚酰胺组合物。
在下表中提供实施例1的透明聚酰胺。
在下表中提供实施例1的透明聚酰胺组合物。
在下表中提供实施例2的透明聚酰胺。
在下表中提供实施例2的透明聚酰胺组合物。
在下表中提供实施例3的透明聚酰胺。
在下表中提供实施例3的透明聚酰胺组合物。
在下表中提供实施例4至7的聚酰胺。示出的百分比为重量百分比。对于各组分，使用与实施例1相同的酸/胺比例和相同的当量比，制备实施例4至7。
在下表中提供实施例4至7的聚酰胺组合物。示出的百分比为重量百分比。对于各组分，使用与实施例1相同的酸/胺比例和相同的当量比，制备实施例4至7。
实验结果
测试实施例1、2和3的各种物理特性，并将结果显示在下表中。
NT1＝未测试；目测清晰透明
测试实施例4-7的各种物理特性，并将结果显示在下表中。
NT1＝未测试；目测清晰透明
Rilsan Clear为可从Arkema获得的透明环脂族聚酰胺系列。Macromelt 6900和6900B为可从Henkel Corporation获得的生物基透明聚酰胺。这些已知聚酰胺的性质提供在下表中。
NT1＝未测试；目测清晰透明
2Rilsan Clear G350-PA和Macromelt 6900/6900B的粘度如此高，以致不可能使用Brookfield粘度计测量它们。
与已知的透明聚酰胺相比，根据本发明制备的聚酰胺具有低得多的熔融粘度。这些低粘度允许所公开的聚酰胺很适合用于低压模塑操作中。此外，所述聚酰胺具有高透光率，使得它们非常适用于期望可见性或可见性重要的LED和其它组件的封装。
已经根据相关法律标准描述了前述发明，因此该描述本质上是示例性的而不是限制性的。所公开的实施方式的变型和修改对于本领域技术人员来说可变得显而易见，并且落入本发明的范围内。因此，本发明提供的法律保护的范围只能通过研究以下权利要求来确定。

Claims (17)

1.透明聚酰胺，其为包含下述成分的混合物的反应产物：
完全氢化的二聚酸；
直链饱和C6至C14二羧酸；
C4至C8亚烷基二胺；和
二哌啶。
2.权利要求1所述的透明聚酰胺，其中所述混合物进一步包含第二种二胺。
3.权利要求1所述的透明聚酰胺，其中所述混合物进一步包含第二种二胺，所述第二种二胺选自3-(氨基甲基)-3,5,5-三甲基环己胺(异氟尔酮二胺)、哌嗪、甲基五亚甲基二胺、聚氧化亚烷基二胺、聚(乙二醇)二胺、聚(丙二醇)二胺和它们的任意混合物。
4.权利要求1所述的透明聚酰胺，其中所述混合物进一步包含磷酸或多磷酸。
5.权利要求1所述的透明聚酰胺，其中所述亚烷基二胺包括四亚甲基二胺、五亚甲基二胺、六亚甲基二胺、八亚甲基二胺、2-甲基-1,5-戊二胺和它们的任意混合物。
6.权利要求1所述的透明聚酰胺，其中所述二哌啶包括4,4'(1,3丙烷二基)双-(哌啶)。
7.权利要求1所述的透明聚酰胺，其中所述聚酰胺在210℃下的粘度为55泊至80泊。
8.权利要求1所述的聚酰胺，其中所述聚酰胺的玻璃化转变温度为-10℃至+1℃。
9.权利要求1所述的透明聚酰胺，其中所述聚酰胺具有-15℃至-30℃的芯轴弯曲。
10.权利要求1所述的透明聚酰胺，其中所述聚酰胺在800nm至850nm下的最小透光率为88％并且最大加德纳颜色为1。
11.透明聚酰胺组合物，其包含权利要求1所述的透明聚酰胺和一种或多种添加剂。
12.透明聚酰胺组合物，其包含权利要求1所述的透明聚酰胺和一种或多种添加剂，所述添加剂选自抗氧剂、光稳定剂、消泡剂和它们的任意混合物。
13.形成聚酰胺的方法，其包括下述步骤：
通过在反应容器中组合完全氢化的二聚酸、直链饱和C6至C14二羧酸、亚烷基二胺、二哌啶和任选存在的不同于所述亚烷基二胺的第二种二胺形成反应混合物；
在所述反应容器中加热所述反应混合物直到反应基本上完成；
从已反应的混合物中除去挥发性组分；
移除真空并将反应产物冷却至室温；和
回收所形成的聚酰胺。
14.权利要求13所述的方法，其中所述亚烷基二胺包括四亚甲基二胺、五亚甲基二胺、六亚甲基二胺、八亚甲基二胺、2-甲基-1,5-戊二胺和它们的任意混合物。
15.权利要求13所述的方法，其中所述二哌啶为4,4'(1,3丙烷二基)双-(哌啶)。
16.权利要求13所述的方法，其中所述反应混合物进一步包含磷酸或多磷酸。
17.权利要求13所述的方法，其包括将至少一种添加剂添加至反应物混合物或已反应的混合物中的其它步骤。
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