CN109867779B - 一种聚酯酰胺的制备方法及其产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚酯酰胺的制备方法及其产品，包括以下步骤：A)将聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料与乙二醇，在催化剂存在下反应，所述反应的温度为170‑220℃，得反应物；B)将步骤(A)中所述反应物，与二胺和二酸的混合物、聚酰胺盐和聚酰胺低聚物中一种或多种混合均匀，真空条件下反应，所述真空的真空度为10‑200Pa，所述反应温度为220‑300℃。本发明的制备方法，填补了现有技术中尚未出现的基于PET废料制备聚酯酰胺的空白，反应时间短，反应条件较为温和，工艺操作简单，能够节约大量能耗，同时，通过对反应参数的控制和调节，产物性能能够媲美现有常规合成的聚酯酰胺。

Description

一种聚酯酰胺的制备方法及其产品

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说涉及一种聚酯酰胺的制备方法及其产品。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，简称PET)在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，仍能保持较好的电性能，并且抗蠕变性、耐疲劳性、耐摩擦性、尺寸稳定性等都很好。PET的应用，由最初的合成纤维，发展到目前的瓶类、薄膜、工程塑料等领域。中国是世界PET生产、消费第一大国PET，其产能在2008年已超过2000万吨。

PET是不可降解聚合物，大量PET产品的使用会导致严重的“白色污染”。因此，对废旧PET材料进行回收，特别是废旧PET塑料瓶回收后再利用，可以大大减少环境污染。PET的回收主要分为物理回收和化学回收。物理回收主要是通过熔融造粒的方法，加工过程没有明显的化学反应，但是存在产品质量下降的问题，而且不适于与食物接触的产品的生产。化学回收PET是指在一定条件下使PET发生解聚反应，生成低分子量的产物，如对苯二甲酸(PTA)、对苯二甲酸二甲酯(DMT)、对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)、乙二醇等单体或其它化学品，产物经分离、纯化后，可重新作为生产聚酯的原料或其他化工原料，不但可以实现资源的真正循环利用，而且可以生产出附加值高的产品。

聚酯酰胺分子链中既含有酯键又含有酰胺键，既有芳香环又有脂肪链，兼具聚酯和聚酰胺优良特性，作为纤维，可以改善聚酯染色性差，吸湿性不好，易产生静电等缺点，作为塑料可以改善聚酯耐磨性差的缺点，用途十分广泛，附加值高。以废旧PET制备聚酯酰胺具有环保和经济两重利益。

中国专利CN1273524C公开了一种将使用过的PET瓶经由用EG解聚和与MeOH酯交换来回收DMT、再将回收的DMT经由水解得到对苯二甲酸(TA)、和使用该对苯二甲酸生产作为PET瓶再使用的PET聚合物的全工艺。但是该过程工艺路线复杂、步骤繁琐，PET瓶再生费用高昂，并没有明显的附加值。

中国专利CN102617352B公开了一种以PET废塑料经醇解制备增塑剂对苯二甲酸二辛脂(DOTP)的方法，采用近临界异辛醇醇解的方法，反应速率虽然快，但是反应条件较为苛刻，对反应釜要求较高，应用受限。

总体而言，目前PET回收再利用工艺操作复杂，反应条件苛刻，不适合大规模工业化应用。并且现有技术中，尚没有使用废旧PET制备工业级聚酯酰胺的先例。

发明内容

为了解决现有技术中PET废料自然环境中难以降解，回收再利用工艺操作复杂，反应条件苛刻的问题，提供一种基于PET废料制备聚酯酰胺的方法。本发明的制备方法，填补了现有技术中尚未出现的基于PET废料制备聚酯酰胺的空白，反应时间短，反应条件较为温和，工艺操作简单，能够节约大量能耗，同时，通过对反应参数的控制和调节，产物性能能够媲美现有常规合成的聚酯酰胺。

本发明通过以下方案实现上述技术效果。

一种聚酯酰胺的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

A)将聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料与乙二醇，在催化剂存在下反应，所述反应的温度为170-220℃，得反应物；

B)将步骤(A)中所述反应物，与二胺和二酸的混合物、聚酰胺盐和聚酰胺低聚物中一种或多种混合均匀，真空条件下反应，所述真空的真空度为10-200Pa，所述反应温度为220-300℃。

以下针对上述技术方案的进一步优选的技术方案进行详细说明：

步骤(A)中，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料是指本领域常规的PET废料；例如：涤纶废丝、回收的PET塑料瓶片、PET切片等。所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料中，聚对苯二甲酸乙二醇酯的含量一般为95％以上，96％以上，97％以上，98％以上或99％以上，所述百分比为质量百分比。所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料中可能含有本领域常规的其他杂质，如添加剂，塑料瓶片残留的粘结剂，一般是乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，或者标签(聚氯乙烯为主)等。

步骤(A)中，所述乙二醇的量优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料的质量的1.2-5倍。

步骤(A)中，所述催化剂优选自醋酸锌、醋酸镁、醋酸钴以及醋酸铅、冰醋酸、氢氧化锂、硫酸钠和硫酸钾、氯化锌、钛酸四丁酯和三氧化二锑中的一种或多种。所述催化剂的量优选占PET聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料的质量的0.1-5％，所述百分比为质量百分比。

步骤(A)中，所述反应为醇解反应。

步骤(A)中，所述反应的温度优选170-200℃。

步骤(A)中，所述反应的时间为2-9h，优选3-6h。

步骤(A)中，所述反应在氮气保护下进行。

本发明中，步骤(A)中，通过对反应参数的调节，整体协同，使得反应得到特定结构和组成的反应物，且该反应物的含量足够高，能够高效的参与之后的反应，保证本发明的聚酯酰胺的制备方法能够取得好的效果。

步骤(B)中，所述混合均匀时，还加入稳定剂；所述稳定剂优选自磷酸、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、亚磷酸、次磷酸钠、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯和亚磷酸三丁酯中的一种或多种。所述稳定剂的量优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料的质量的0.01-0.1％，所述百分比为质量百分比。

步骤(B)中，所述二胺优选自丁二胺、戊二胺、己二胺、庚二胺、辛二胺、壬二胺、癸二胺、对苯二胺、邻苯二胺和间苯二胺中的一种或多种。

步骤(B)中，所述二酸一般包括二元羧酸；所述二元羧酸优选自丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、十三碳二元酸、十四碳二元酸、十五碳二元酸、十六碳二元酸、十七碳二元酸、十八碳二元酸、马来酸和Δ9-1,18十八烯二元酸中的一种或多种。

步骤(B)中，所述二胺和二酸的混合物的量优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料的质量的1-30％，所述百分比为质量百分比。

步骤(B)中，所述聚酰胺盐优选自聚酰胺66盐、聚酰胺6T盐、聚酰胺610盐、聚酰胺611盐、聚酰胺612盐、聚酰胺613盐、聚酰胺614盐、聚酰胺615盐、聚酰胺616盐、聚酰胺56盐、聚酰胺5T盐、聚酰胺510盐、聚酰胺511盐、聚酰胺512盐、聚酰胺513盐、聚酰胺514盐、聚酰胺515盐和聚酰胺516盐中的一种或多种。

步骤(B)中，所述聚酰胺盐的量优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料的质量的1-30％，所述百分比为质量百分比。

步骤(B)中，所述聚酰胺低聚物优选自聚酰胺66低聚物、聚酰胺6T低聚物、聚酰胺610低聚物、聚酰胺611低聚物、聚酰胺612低聚物、聚酰胺613低聚物、聚酰胺614低聚物、聚酰胺615低聚物、聚酰胺616低聚物、聚酰胺56低聚物、聚酰胺5T低聚物、聚酰胺510低聚物、聚酰胺511低聚物、聚酰胺512低聚物、聚酰胺513低聚物、聚酰胺514低聚物、聚酰胺515低聚物和聚酰胺516低聚物中的一种或多种。

步骤(B)中，所述聚酰胺低聚物的量优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料的质量的1-30％，所述百分比为质量百分比。

步骤(B)中，当参与混合均匀的物质包括二胺和二酸的混合物、聚酰胺盐和聚酰胺低聚物中多种时，其含量总和优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料的质量的1-30％，所述百分比为质量百分比。

步骤(B)中，所述反应前，去除乙二醇。所述去除乙二醇的方法优选为蒸馏。一般而言，蒸馏待不再有乙二醇流出后，再在真空条件下反应。

步骤(B)中，所述去除乙二醇后，关闭氮气，再在真空条件下反应，所述真空度优选10-100Pa。

本发明通过对真空度和反应温度的调节，制得的聚酯酰胺，其性能与常规单体合成的聚酯酰胺性能相同。实现了PET废物的再利用。

步骤(B)中，所述反应时间为1-4h，优选1.5-3h。

步骤(B)中，所述反应后，挤出造粒。所述挤出造粒优选在氮气条件下进行。所述挤出造粒通过氮气加压，所述挤出造粒时的压力优选0.1-0.3MPa。

本发明的另一目的是提供如上所述制备方法制得的聚酯酰胺。

本发明的聚酯酰胺的制备方法，利用PET废料为原料，解决了PET废料回收再利用工艺操作复杂，反应条件苛刻的问题，填补了现有技术中基于PET废料制备聚酯酰胺的空白，且反应时间短，反应条件温和，工艺操作简单，能够节约大量能耗，同时，通过对反应参数的控制和调节，产物性能能够媲美现有常规合成的聚酯酰胺。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行详细说明，以使本发明的特征和优点更清楚。但应该指出，实施例用于理解本发明的构思，本发明的范围并不仅仅局限于本文中所列出的实施例。

本发明中涉及的性能参数的检测方法如下所示：

1)相对粘度：

通过乌氏粘度计法：准确称量干燥后的聚酯酰胺切片0.50±0.0004g，加入100mL四氯乙烷/苯酚混合溶剂(四氯乙烷/苯酚的质量比1)溶解，并且过滤，然后在25℃恒温水浴槽中测量并记录四氯乙烷/苯酚混合溶剂流经时间t0和聚酰胺样品溶液流经时间t。

粘数计算公式：相对粘度＝t/t0

t—溶液流经时间；

t0—溶剂流经时间。

2)示差扫描量热法(DSC)：

称取5-8mg样品进行DSC检测。温度程序设置为从30℃以10℃/min的速度升至280℃，等温3min，然后以10℃/min的速度降至30℃，然后再以10℃/min的速度升至280℃，根据所得曲线，得熔点。

3)拉伸强度按照ISO 527-2-1993的方法检测。

4)弯曲强度按照ISO178-2001的方法检测。

5)缺口冲击性能按照ISO180-2001的方法检测。

实施例一：

(A)将2kg PET废料(其中PET含量99.5％)、6kg乙二醇和10g催化剂醋酸锌加入反应釜中，置换氮气三次，升温至195℃，反应5h，得反应物，该反应物中BHET含量为95％(质量百分比)；

(B)将步骤(A)中的反应物和200g聚酰胺66盐和1g稳定剂磷酸三甲酯混合均匀，升温至250℃，蒸馏出多余的乙二醇，抽真空至20Pa，反应2h，向釜中充入0.2MPa氮气，挤出造粒。

所得聚酯酰胺的特性粘度为0.69dL/g，熔点为238℃；其机械强度如表1所示。

实施例二：

(A)将2kg PET废料(其中PET含量99％)、8kg乙二醇和5g催化剂醋酸锌加入反应釜中，置换氮气三次，升温至200℃，反应3h，得反应物，该反应物中BHET含量为94％(质量百分比)；

(B)将步骤(A)中的反应物和加入400g聚酰胺56盐和2g稳定剂磷酸三甲酯混合均匀，升温至270℃，蒸馏出多余的乙二醇，抽真空至30Pa，反应1.5h，向釜中充入0.2MPa氮气，挤出造粒。

所得聚酯酰胺的特性粘度为0.65dL/g，熔点为235℃；其机械强度如表1所示。

实施例三：

(A)将2kg PET废料(其中PET含量99％)、3kg乙二醇和40g催化剂醋酸锌加入反应釜中，置换氮气三次，升温至170℃，反应4h，得反应物，该反应物中BHET含量为85％(质量百分比)；

(B)将步骤(A)中的反应物和加入60g聚酰胺6T盐和3g稳定剂磷酸三甲酯混合均匀，升温至280℃，蒸馏出多余的乙二醇，抽真空至50Pa，反应3h，向釜中充入0.2MPa氮气，挤出造粒。

所得聚酯酰胺的特性粘度为0.72dL/g，熔点为242℃；其机械强度如表1所示。

对比例一：

(A)将2kg PET废料(其中PET含量99.5％)、6kg乙二醇和10g催化剂醋酸锌加入反应釜中，置换氮气三次，升温至160℃，反应5h，得反应物，该反应物中BHET含量为30％(质量百分比)；

(B)将步骤(A)中的反应物和200g聚酰胺66盐和1g稳定剂磷酸三甲酯混合均匀，升温至250℃，蒸馏出多余的乙二醇，抽真空至20Pa，反应2h，向釜中充入0.2MPa氮气，挤出造粒。

所得聚酯酰胺的特性粘度为0.66dL/g，熔点曲线出现两个峰值，即熔点为252℃和236℃；其机械强度如表1所示。得到的产品不均匀，产品质量波动很大，不稳定，没有工业利用价值。

对比例二：

(A)将2kg PET废料(其中PET含量99％)、8kg乙二醇和5g催化剂醋酸锌加入反应釜中，置换氮气三次，升温至200℃，反应3h，得反应物，该反应物中BHET含量为94％(质量百分比)；

(B)将步骤(A)中的反应物和加入400g聚酰胺56盐和2g稳定剂磷酸三甲酯混合均匀，升温至270℃，蒸馏出多余的乙二醇，抽真空至500Pa，反应1.5h，向釜中充入0.2MPa氮气，挤出造粒。

所得聚酯酰胺的特性粘度为0.45dL/g，熔点为235℃；其机械强度如表1所示。得到的产品机械性能差，难以实现工业化利用。

对比例三：

(A)将2kg PET废料(其中PET含量99％)、3kg乙二醇和40g催化剂醋酸锌加入反应釜中，置换氮气三次，升温至170℃，反应4h，得反应物，该反应物中BHET含量为85％(质量百分比)；

(B)将步骤(A)中的反应物和加入60g聚酰胺6T盐和3g稳定剂磷酸三甲酯混合均匀，升温至320℃，蒸馏出多余的乙二醇，抽真空至50Pa，反应6h，向釜中充入0.2MPa氮气，挤出造粒。

所得聚酯酰胺的特性粘度为0.35dL/g，熔点为240℃；其机械强度如表1所示。得到的产品机械性能差，并且颜色不能满足常规要求，难以实现工业化利用。

比较例一：

将1.16kg对苯二甲酸与1.36kg乙二醇和0.65kg聚酰胺56盐以加入到反应釜中，升温至210℃，进行反应，并分馏出低沸点组分，反应进行100min，待馏分达到理论量的99％时，结束酯化、酰化反应，再加入0.8g钛酸四丁酯缩聚催化剂，待升温至270℃.抽真空至70Pa，反应2小时，向聚合釜中充入0.2MPa氮气，拉丝造粒，所得聚酯酰胺粘度为0.66dL/g，熔点为236℃。

表1聚酯酰胺的机械强度

Claims (14)

1.一种聚酯酰胺的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

(A)将聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料与乙二醇，在催化剂存在下在氮气保护下进行反应，反应温度为170-220℃，反应时间为2-9h，得反应物；

(B)将步骤(A)中所述反应物，与聚酰胺盐和聚酰胺低聚物中一种或多种以及稳定剂混合均匀，真空条件下反应，所述真空的真空度为10-50Pa，反应温度为250-300℃，反应时间为1-4h；

其中在步骤(B)中，在反应前，去除乙二醇；去除乙二醇的方法为蒸馏；去除乙二醇后，关闭氮气，再在真空条件下反应，

所述聚酰胺盐的量为所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料的质量的1-30％，并且所述聚酰胺低聚物的量为所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料的质量的1-30％。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(A)中，所述乙二醇的量为所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料的质量的1.2-5倍。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(A)中，所述催化剂选自醋酸锌、醋酸镁、醋酸钴以及醋酸铅、冰醋酸、氢氧化锂、硫酸钠和硫酸钾、氯化锌、钛酸四丁酯和三氧化二锑中的一种或多种。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述催化剂的量占所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料的质量的0.1-5％。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(A)中，反应温度为170-200℃。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(A)中，反应时间为3-6h。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述稳定剂选自磷酸、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、亚磷酸、次磷酸钠、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯和亚磷酸三丁酯中的一种或多种。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述稳定剂的量为所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的废料的质量的0.01-0.1％。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(B)中，所述聚酰胺盐选自聚酰胺66盐、聚酰胺6T盐、聚酰胺610盐、聚酰胺611盐、聚酰胺612盐、聚酰胺613盐、聚酰胺614盐、聚酰胺615盐、聚酰胺616盐、聚酰胺56盐、聚酰胺5T盐、聚酰胺510盐、聚酰胺511盐、聚酰胺512盐、聚酰胺513盐、聚酰胺514盐、聚酰胺515盐和聚酰胺516盐中的一种或多种。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于：步骤(B)中，所述聚酰胺低聚物选自聚酰胺66低聚物、聚酰胺6T低聚物、聚酰胺610低聚物、聚酰胺611低聚物、聚酰胺612低聚物、聚酰胺613低聚物、聚酰胺614低聚物、聚酰胺615低聚物、聚酰胺616低聚物、聚酰胺56低聚物、聚酰胺5T低聚物、聚酰胺510低聚物、聚酰胺511低聚物、聚酰胺512低聚物、聚酰胺513低聚物、聚酰胺514低聚物、聚酰胺515低聚物和聚酰胺516低聚物中的一种或多种。

11.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(B)中，反应时间为1.5-3h。

12.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(B)中，在反应后，挤出造粒；所述挤出造粒在氮气条件下进行；所述挤出造粒通过氮气加压。

13.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于：所述挤出造粒时的压力为0.1-0.3MPa。

14.如权利要求1-13任一项所述的制备方法制得的聚酯酰胺。