CN111117230B - 一种耐汽车冷却液腐蚀的聚酰胺56组合物及其应用 - Google Patents

一种耐汽车冷却液腐蚀的聚酰胺56组合物及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐汽车冷却液腐蚀的聚酰胺56组合物，其原料按重量份包括：聚酰胺56树脂34.1‑53.2份；玻璃纤维10‑50份；脂肪族长链聚酰胺树脂15‑30份；成核剂0.3‑1份；添加剂0‑1份；其中，所述各原料的重量份数之和为100份。本发明还公开了上述聚酰胺56组合物在在耐乙二醇的制品中的应用。本发明可在135℃的汽车冷却液中浸泡48小时后不发生开裂，同时组合物的机械性能保留率大于等于40％。

Description

一种耐汽车冷却液腐蚀的聚酰胺56组合物及其应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种耐汽车冷却液腐蚀的聚酰胺56组合物及其应用。
背景技术
聚酰胺66具有期望的耐化学品性、可加工性和耐热特性。这些性能使它们尤其适用于高性能要求的机动车和电气/电子器件应用。它经常以玻璃纤维增强模塑组合物的形式作为在使用中易受高温和/或与液体接触的元件的工程材料使用。当包含聚酰胺的塑性部件长期暴露于高温冷却液(特别是含有乙二醇的溶液)中时，结果可能导致聚合物的热氧化破坏和/或腐蚀。这两种过程可能对这些材料的寿命产生副作用。尽管通过加入热稳定剂可以延缓热氧化破坏，但这对由冷却液引起的聚酰胺性能的不利改变未提供任何长效防护。聚酰胺性能的不利改变(例如在机械性能的下降方面)是明显的。聚酰胺耐热老化性和/或耐水解性的改进是高度令人期待的，因为它可以为与液体接触和/或暴露于高温的元件实现更长的使用寿命。
Kunststoff Handbuch《塑料手册》；Technische Thermoplaste《工程热塑性塑料》；Polyamide《聚酰胺》，第77-84页，1998Carl Hanser VerlagMunich Vienna公开了多种热稳定剂在聚酰胺中的用途。可使用的稳定剂为选自空间位阻酚和仲胺的化合物。
CN102952395A公开了低聚/聚合碳化二亚胺在聚酰胺组合物中的作用，该物质的加入显著改善了聚酰胺的水解耐受性。
聚酰胺56(以下简称PA56)的合成单体戊二胺来自于玉米和秸秆的发酵，和传统的PA66不同，PA56天然地含有两种不同的晶型，同时其酰胺键密度更高，极性更强。由PA56作为树脂基体制备的玻纤增强材料相比于PA66可获得同样突出的机械性能，除此之外，玻璃纤维增强PA56材料具有更低的纤维露出及优异的零件平整性。
令人遗憾的是，暂未见到有文献或者专利报道PA56应用于制备耐受高温冷却液的案例，从前文引用专利得知，非极性的材料表面性能对耐受高温冷却液是有利的，而PA56的高酰胺键浓度却恰恰相反，这也增加了PA56组合物抵抗汽车冷却液的难度。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种耐汽车冷却液腐蚀的聚酰胺56组合物及其应用，本发明可在135℃的汽车冷却液(水与乙二醇的混合液)中浸泡48小时后不发生开裂，同时组合物的机械性能保留率大于等于40％。
本发明提出了一种耐汽车冷却液腐蚀的聚酰胺56组合物，其原料按重量份包括：
聚酰胺56树脂34.1-53.2份；
玻璃纤维10-50份；
脂肪族长链聚酰胺树脂15-30份；
成核剂0.3-1份；
添加剂0-1份；
其中，所述各原料的重量份数之和为100份。
优选地，脂肪族长碳链聚酰胺树脂为脂肪族二元胺与脂肪族二元酸的缩聚物。
优选地，脂肪族二元胺为戊二胺。
优选地，脂肪族二元酸为十三碳二元酸、十五碳二元酸、十七碳二元酸中的任意一种。
优选地，脂肪族长链聚酰胺为聚戊二胺-十三碳二酸、聚戊二胺-十五碳二酸、聚戊二胺-十七碳二酸中的至少一种。
优选地，脂肪族长碳链聚酰胺树脂的酰胺键官能团浓度≤1/134mol/g，其熔点为195-215℃。
优选地，聚酰胺56树脂的相对粘度为2.4-3.2。
优选地，聚酰胺56树脂的相对粘度为2.4-2.7。
上述相对粘度的检测方法为：将聚酰胺56树脂溶解在质量分数为96％的硫酸溶液中进行检测，其中，聚酰胺56树脂的质量分数为1％，检测方法参考标准ISO 307。
所述的聚酰胺56树脂端氨基含量无特殊要求，优选的端氨基含量大于等于50mmol/kg，继续优选的端氨基含量大于等于60mmol/kg，更加优选的端氨基含量大于等于80mmol/kg。
上述聚酰胺56树脂属于半生物基合成聚合物，其由戊二胺(生物发酵法得到)与己二酸(常规化学合成得到)经过缩聚反应得到。
聚酰胺56树脂的合成过程与聚酰胺66类似，具体方法为：首先将1,5-戊二胺与己二酸按照摩尔比1:1-1.05混合后，加入抗氧剂，进行成盐反应，该反应温度控制在10-130℃之间，压力控制在0.1-0.3MPa之间，随后将该溶液泵送至管式连续反应器或者预聚反应釜中，控制温度在230-290℃之间，控制压力在1-5MPa之间，反应30-300min，得到预聚物。进一步将此得到的预聚物闪蒸，除去水分，继续将此除水的预聚物泵送至缩聚反应器中，在氮气保护下，设置反应温度为250-300℃，反应时间为30-200min，得到聚酰胺56，并将其熔融物挤压切粒，得到最终成品，详细的合成步骤可参照专利CN105885038A、CN103145979A、CN104031263A等。
所述的玻璃纤维的玻璃成分无特别的限制，其作用是改进聚酰胺56组合物的机械强度，比如拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等。
优选地，玻璃纤维为E级无碱玻璃纤维。
优选地，玻璃纤维经表面浸润剂处理，表面浸润剂中的成膜剂为聚氨酯类成膜剂。
优选地，聚氨酯类成膜剂为聚醚型聚氨酯乳液。
优选地，表面浸润剂中的成膜剂含量不低于25％。
所述的玻璃纤维的直径无特别限制，优选的是7-17微米，更优选的是10-13微米。
所述的玻璃纤维的长度无特别限制，可使用连续的未经切割的玻璃纤维长丝，也可使用经过切割的短切玻璃纤维，短切的玻璃纤维优选的长度为2-5毫米。
所述的玻璃纤维的横截面无特别要求，可为圆形和矩形。所述矩形横截面与所述纤维纵向垂直，所述矩形横截面中的最长直线距离为长轴，最短直线距离为短轴，所述长轴和短轴的长度之为1.5-10:1，优选的比例是3-4:1。
上述表面浸润剂还包含偶联剂，如：含有环氧基团的化合物、包含丙烯酸的化合物、包含聚氨酯的化合物等，优选地，偶联剂为含有硅烷偶联剂的化合物。
硅烷偶联剂的通式如下：
(X-(CH2)n)k-Si-(O-CmH2m+1)4-k；
其中，X为氨基、环氧乙烷、羟基等；
n为2-10的整数，优选3-4；
m为2-10的整数，优选3-4；
K为1-3的整数，优选1。
硅烷偶联剂的用量为玻璃纤维重量的0.025-1％，优选为0.05-0.5％。
优选地，成核剂为有机聚酰胺低聚物。
优选地，有机聚酰胺低聚物是聚甲二胺-乙二酸。
上述有机聚酰胺低聚物的熔点低于其分解温度，可以融化。
所述的添加剂包括但不限于抗氧剂、润滑剂、抗静电剂、有机染料中的至少一种。
聚酰胺树脂常用的抗氧剂包含受阻酚抗氧剂、受阻胺抗氧剂(自由基捕捉剂)、有机亚磷酸酯辅助抗氧剂、无机亚磷酸盐抗氧剂等。
优选地，受阻酚类抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、二(2,2,6,6-四甲基-3-哌啶胺基)-间苯二甲酰胺中的至少一种。
优选地，受阻胺类抗氧剂为4,4’-双(α,α’-二甲基苄基)二苯胺、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,3-苯二甲酰胺、聚{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]]-1,3,5-三嗪-2,4-[(2,2,6,6,-四甲基-哌啶基)亚氨基]-1,6-己二撑[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]}中的至少一种。
所述润滑剂包括羧酸酯、低分子量蜡、改性的低分子量蜡、硅酮等。
所述羧酸酯中，羧酸优选为脂肪酸。
所述脂肪酸为饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸中的至少一种；所述脂肪酸还可以具有一个以上的取代基，所述取代基无特别的限制。
所述脂肪酸可以从可再生资源获得，也可以化学合成；从可再生资源或化学合成获得的脂肪酸通常为一种或一种以上脂肪酸的混合物。
所述脂肪酸可以为碳原子数为偶数的脂肪酸中的至少一种；例如：月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸等。
上述低分子量蜡为烯烃蜡，上述改性的低分子量蜡为酸化烯烃蜡、氧化烯烃蜡。
上述的烯烃蜡、酸化烯烃蜡及氧化烯烃蜡由一系列裂解反应得到，其分子量大于白油的分子量，小于等于3000g/mol，呈现固体状。
上述酸化烯烃蜡及氧化烯烃蜡是在烯烃蜡的基础上进一步改性得到，常见的牌号有德国科莱恩的氧化蜡PED 521、三井化学的酸化蜡Hi-WAX 4202E。
本发明还提出了上述耐汽车冷却液腐蚀的聚酰胺56组合物在耐乙二醇的制品中的应用。
优选地，在耐汽车冷却液的制品中的应用。
上述汽车冷却液为汽车用常规溶剂，可从市场购得，其含有乙二醇。
有益效果：
本发明的目的在于提供耐汽车冷却液腐蚀的聚酰胺56组合物，令人惊讶的是，在PA56树脂中加入一定含量的脂肪族长链聚酰胺，显著地改善了组合物的抗汽车冷却液的腐蚀能力，该组合物可在135℃的汽车冷却液(水与乙二醇的混合液)中浸泡48小时后不发生开裂，同时组合物的拉伸强度保留率大于等于40％。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明中的实施例E1-E8和对比例C1-C16使用的原料如下：
组分A
A1：PA56，牌号1270WHN，相对粘度2.7，端氨基含量为84meq/kg，购自上海凯赛生物技术有限公司；
A2：PA56，牌号1270W，相对粘度2.7，端氨基含量为52meq/kg，购自上海凯赛生物技术有限公司；
组分B
无碱E级玻璃纤维，牌号：ECS 301HP，购自重庆国际复合材料股份有限公司；
组分C
C1：聚戊二胺-十三碳二酸，简称PA513；相对粘度2.4，购自上海凯赛生物技术有限公司；
C2：聚戊二胺-十五碳二酸，简称PA515；相对粘度2.4，购自上海凯赛生物技术有限公司；
C3：聚己二胺-葵二酸，简称PA610，牌号：F120，相对粘度2.4，购自山东广垠新材料有限公司；
C4：聚己二胺-葵二酸，简称PA612，牌号：A150，购自山东广垠新材料有限公司；
组分D
D1：聚酰胺低聚物，聚甲二胺乙二酸，牌号：TP-P1401，购自德国布吕格曼；
D2：褐煤酸钙，牌号：CaV102，购自德国科莱恩特种化学品有限公司；
组分E
E1：抗氧剂1098，CAS登记号：23128-74-7，牌号IGNANOX 1098，购自巴斯夫；
E2：铜复合抗氧剂，牌号：H3336，购自德国布吕格曼；
E3：氧化高密度聚乙烯蜡，牌号：PED521，酸值为17mgKOH/g，购自德国科莱恩特种化学品有限公司；
E4：尼龙载体-苯胺黑色母，牌号：N54-1033，购自英国高莱。
本发明中的实施例E1-E8、对比例C1-C16的制备方法为：
取组分A、C、D、E预混合，然后加入螺杆直径为35mm的南京瑞亚装备有限公司生产的双螺杆挤出机第一主料斗中，螺杆长径比为48:1，整机分为12节筒体，组分B从第二测喂料斗进料，第二测喂料斗安装于第8节筒体处，挤出温度从第一区开始依次设定为：200℃-280℃-280℃-280℃-280℃-280℃-280℃-280℃-280℃-280℃-280℃-280℃，机头温度设定为260℃，螺杆转速设定300rpm，经过熔融塑化，挤出切粒即得组合物。
将得到的组合物干燥，随后根据如下工艺注塑得到ISO 527、ISO 179和ISO 180规格的拉伸样条、弯曲样条和冲击样条，注塑条件如表1所示：
表1注塑参数
Figure BDA0002350967170000081
Figure BDA0002350967170000091
检测方法如下：
将以上得到的拉伸、冲击、弯曲样条放置于带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，导入乙二醇/水混合液(乙二醇与水的体积比为1:1)，直至完全浸没样条，然后拧紧反应釜盖，放入135℃鼓风式烘箱中，待48h后打开反应釜，取出样条，并置于100℃烘箱中干燥24h后取出，观察表面是否有开裂现象，同时测试材料的力学性能。
实施例E1-E8的配方和性能检测结果如表2所示。
表2实施例实施例E1-E8的配方和性能检测结果
Figure BDA0002350967170000092
Figure BDA0002350967170000101
Figure BDA0002350967170000111
对比例C1-C8的配方和性能检测结果如表3所示。
表3对比例C1-C8的配方和性能检测结果
Figure BDA0002350967170000112
Figure BDA0002350967170000121
对比例C9-C16的配方和性能检测结果如表4所示。
表4对比例C9-C16的配方和性能检测结果
Figure BDA0002350967170000122
Figure BDA0002350967170000131
从对比例C1-C8可以看出，在PA56树脂中加入具有偶数个亚甲基的二胺和偶数个二甲基的二酸缩聚得到的长碳链聚酰胺树脂并不能获得抵抗乙二醇/水混合溶液的能力，令人意外的是，从实施例E1-E8可以看出，在成核剂D1存在的情况下，添加一定含量的由奇数个亚甲基的二胺和奇数个二甲基的二酸缩聚得到的长碳链聚酰胺树脂(组分C),却使得玻璃纤维增强的PA56增强材料在热的乙二醇/水混合液中浸泡48小时之后依然不发生开裂，同时力学性能保留率超过40％；对比例C11-C16显示，如果只是有组分C，而没有组分D1的情况下，依然不能获得很好的耐乙二醇/水混合液腐蚀效果，也就是说该组合物的效果是在组分C和组分D1协同下得到的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耐汽车冷却液腐蚀的聚酰胺56组合物，其特征在于，其原料按重量份包括：
聚酰胺56树脂 34.1-53.2份；
玻璃纤维 10-50份；
脂肪族长链聚酰胺树脂15-30份；
成核剂 0.3-1份；
添加剂 0-1份；
其中，所述各原料的重量份数之和为100份；
所述脂肪族长碳链聚酰胺树脂为脂肪族二元胺与脂肪族二元酸的缩聚物；脂肪族二元胺为戊二胺；脂肪族二元酸为十三碳二元酸、十五碳二元酸、十七碳二元酸中的任意一种；
所述脂肪族长碳链聚酰胺树脂的酰胺键官能团浓度≤1/134mol/g，其熔点为195-215℃。
2.根据权利要求1所述耐汽车冷却液腐蚀的聚酰胺56组合物，其特征在于，聚酰胺56树脂的相对粘度为2.4-3.2。
3.根据权利要求1所述耐汽车冷却液腐蚀的聚酰胺56组合物，其特征在于，玻璃纤维为E级无碱玻璃纤维；玻璃纤维经表面浸润剂处理，表面浸润剂中的成膜剂为聚氨酯类成膜剂；聚氨酯类成膜剂为聚醚型聚氨酯乳液；表面浸润剂中的成膜剂含量不低于25%。
4.根据权利要求1所述耐汽车冷却液腐蚀的聚酰胺56组合物，其特征在于，成核剂为有机聚酰胺低聚物；有机聚酰胺低聚物是聚甲二胺-乙二酸。
5.一种如权利要求1-4任一项所述耐汽车冷却液腐蚀的聚酰胺56组合物在耐乙二醇的制品中的应用。
6.一种如权利要求1-4任一项所述耐汽车冷却液腐蚀的聚酰胺56组合物在耐汽车冷却液的制品中的应用。
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