CN111423468A - 一种络合型聚酯成核剂及包含该聚酯成核剂的复合物及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种络合型聚酯成核剂及其制备方法，以及包含该聚酯成核剂的聚酯复合物及制备方法，通过将芳基膦酸锌的磷氧双键与长碳链脂肪酸钙中的钙离子在溶剂体系下反应生成络合物，使其在聚酯树脂体系中不产生团聚，分散性更好，在促进聚酯结晶过程中成核点增多的同时，长碳链脂肪酸端基的存在使其分子链移动更加容易，从晶核形成到晶体生长两阶段促进了聚酯的结晶，提高了结晶速度，增加了结晶度，并由此带来尼龙制品在刚性、韧性、耐热性及透明性等方面性能的提升。本发明解决了现有成核剂会对树脂分子量造成变化、与聚酯集体树脂相容性差、损害力学性能且单一小分子羧酸盐类化合物在树脂中分散困难的问题。
Description
技术领域
本发明属于热塑性聚酯成核剂技术领域，具体涉及一种络合型聚酯成核剂及其制备方法，以及包含该聚酯成核剂的聚酯复合物及制备方法。
背景技术
PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)等热塑性聚合物，具有高的模量和强度，良好的耐化学药品性和电绝缘性能，广泛应用于纤维、薄膜、吹塑制品、电子产品和汽车配件等领域。但其作为工程塑料使用时，较慢的结晶速率和较低的结晶度导致加工周期长、耐热性差等问题严重制约了其应用领域的拓展。
目前，聚酯的结晶改性主要通过添加成核剂的方式来解决。常用的聚酯成核剂种类主要有无机类成核剂、有机类成核剂、高分子类成核剂等。
无机类成核剂主要以无机粉体为主。此类成核剂特点是来源广泛、价廉易得，但其缺点也很突出，成核效果受粉体的粒径、分散性及添加量等因素制约，难以达到理想的使用效果，而且该类成核剂与聚酯基体树脂相容性较差，对聚酯制品的透明性、光泽度及强度都有很大影响。
有机类成核剂主要以一元羧酸的Na、Li、Ba、Mg、Ca盐，安息香酸的Na、K、Ca盐等为主，以科莱恩的长碳链脂肪羧酸钠盐Licomont NaV 101为主。有报道称此类虽然成核效率高，但是不可避免地引起PET分子质量降低，从而损害力学性能。
高分子类成核剂以目前主要以美国DuPont公司开发的Surlyn系列离聚物钠盐为主。据报道称此类成核剂Surlyn能在高温下与PET分子链反应而形成带离子端基的产物PET-COONa，从而起到结晶促进作用。但此类成核剂属于化学成核剂的范围，会对树脂的分子量造成变化，难以控制。
发明内容
为了克服现有成核剂会对树脂分子量造成变化、与聚酯基体树脂相容性差、损害力学性能等缺陷，本发明提供了一种采用物理成核剂原理，极大的提高了聚酯的结晶速度和结晶度，同时解决单一小分子羧酸盐类化合物在树脂中分散困难的络合型聚酯成核剂及其制备方法，以及包含该聚酯成核剂的聚酯复合物及制备方法。
本发明为了达到上述目的所采用的技术方案是：
一种络合型聚酯成核剂，是由芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙络合生成，具有如下式(Ⅰ)结构：
式(Ⅰ)中：R为C11-C31；R1、R2、R3分别为氢原子或者C1-C8。
优选的，所述芳基膦酸盐为苯基膦酸锌。
优选的，所述长碳链脂肪酸钙为褐煤蜡酸钙。
进一步地，所述芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙的质量比为1～9:9～1。
优选的，所述乙醇、芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙的质量比为5:5。
一种络合型聚酯成核剂的制备方法，包括如下步骤：将按质量比50:1～9:9～1称好乙醇、芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙加入反应釜混合均匀，然后升温至回流温度保持30min，冷却至室温后过滤，滤饼在小于80℃下真空干燥1小时，得到络合型聚酯成核剂。
进一步地，所述回流温度不低于78℃。
一种聚酯复合物，包括以下重量份的组分：包含上述络合型聚酯成核剂0.3～1份和聚酯99～99.7份。
优选的，所述络合型聚酯成核剂的重量份数为0.5份，聚酯重量份数99.5份。
一种聚酯复合物的制备方法，按上述重量份数称好络合型聚酯成核剂及聚酯加入密炼机中，在255℃-265℃下混合4-6分钟后取出,得到聚酯复合物。
本发明通过将芳基膦酸锌的磷氧双键与长碳链钙盐中的钙离子在溶剂体系下反应生成络合物，使其在聚酯树脂体系中不产生团聚，分散性更好，在促进聚酯结晶过程中成核点增多的同时，长碳链脂肪酸端基的存在使其分子链移动更加容易，从晶核形成到晶体生长两阶段促进了聚酯的结晶，提高了结晶速度，增加了结晶度，并由此带来尼龙制品在刚性、韧性、耐热性及透明性等方面性能的提升。本发明解决了单一小分子羧酸盐类化合物在树脂中分散困难的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步描述，其中：
图1为低于回流温度与回流温度条件下两种样品的红外图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的络合型聚酯成核剂，是由芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙络合生成，具有如下式(Ⅰ)结构：
式(Ⅰ)中：R为C11-C31；R1、R2、R3分别为氢原子或者C1-C8。
优选的，所述芳基膦酸盐为苯基膦酸锌。
优选的，所述长碳链脂肪酸钙为褐煤蜡酸钙。
本实施例的络合型聚酯成核剂的制备方法，包括如下步骤：将按质量比50:1:9称好乙醇、芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙加入反应釜混合均匀，然后升温至回流温度保持30min，冷却至室温后过滤，滤饼在小于80℃下真空干燥1小时，得到络合型聚酯成核剂。
所述回流温度为80℃。
本实施例的聚酯复合物，包括以下重量份的组分：包含上述络合型聚酯成核剂0.3份和聚酯(仪征化纤)99.7份。
本实施例聚酯复合物的制备方法，按上述重量份数称好络合型聚酯成核剂及聚酯加入密炼机中，在255℃下混合4分钟后取出,得到聚酯复合物。
实施例2
本实施例的络合型聚酯成核剂，是由芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙络合生成，具有如下式(Ⅰ)结构：
式(Ⅰ)中：R为C11-C31；R1、R2、R3分别为氢原子或者C1-C8。
优选的，所述芳基膦酸盐为苯基膦酸锌。
优选的，所述长碳链脂肪酸钙为褐煤蜡酸钙。
本实施例的络合型聚酯成核剂的制备方法，包括如下步骤：将按质量比50:3:7称好乙醇、芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙加入反应釜混合均匀，然后升温至回流温度保持30min，冷却至室温后过滤，滤饼在小于80℃下真空干燥1小时，得到络合型聚酯成核剂。
所述回流温度为90℃。
本实施例的聚酯复合物，包括以下重量份的组分：包含上述络合型聚酯成核剂0.5份和聚酯(仪征化纤)99.5份。
本实施例的聚酯复合物的制备方法，按上述重量份数称好络合型聚酯成核剂及聚酯加入密炼机中，在260℃下混合5分钟后取出,得到聚酯复合物。
实施例3
本实施例的络合型聚酯成核剂，是由芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙络合生成，具有如下式(Ⅰ)结构：
式(Ⅰ)中：R为C11-C31；R1、R2、R3分别为氢原子或者C1-C8。
优选的，所述芳基膦酸盐为苯基膦酸锌。
优选的，所述长碳链脂肪酸钙为褐煤蜡酸钙。
本实施例的络合型聚酯成核剂的制备方法，包括如下步骤：将按质量比50:5:5称好乙醇、芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙加入反应釜混合均匀，然后升温至回流温度保持30min，冷却至室温后过滤，滤饼在小于80℃下真空干燥1小时，得到络合型聚酯成核剂。
所述回流温度为78℃。
本实施例的聚酯复合物，包括以下重量份的组分：包含上述络合型聚酯成核剂0.6份和聚酯(仪征化纤)99.4份。
本实施例聚酯复合物的制备方法，按上述重量份数称好络合型聚酯成核剂及聚酯加入密炼机中，在260℃下混合5分钟后取出,得到聚酯复合物。
实施例4
本实施例的络合型聚酯成核剂，是由芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙络合生成，具有如下式(Ⅰ)结构：
式(Ⅰ)中：R为C11-C31；R1、R2、R3分别为氢原子或者C1-C8。
优选的，所述芳基膦酸盐为苯基膦酸锌。
优选的，所述长碳链脂肪酸钙为褐煤蜡酸钙。
本实施例的络合型聚酯成核剂的制备方法，包括如下步骤：将按质量比50:7:3称好乙醇、芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙加入反应釜混合均匀，然后升温至回流温度保持30min，冷却至室温后过滤，滤饼在小于80℃下真空干燥1小时，得到络合型聚酯成核剂。
所述回流温度为85℃。
本实施例的聚酯复合物，包括以下重量份的组分：包含上述络合型聚酯成核剂0.8份和聚酯(仪征化纤)99.2份。
优选的，所述络合型聚酯成核剂的重量份数为0.5份，聚酯重量份数99.5份。
本实施例聚酯复合物的制备方法，按上述重量份数称好络合型聚酯成核剂及聚酯加入密炼机中，在260℃下混合5分钟后取出,得到聚酯复合物。
实施例5
本实施例的络合型聚酯成核剂，是由芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙络合生成，具有如下式(Ⅰ)结构：
式(Ⅰ)中：R为C11-C31；R1、R2、R3分别为氢原子或者C1-C8。
优选的，所述芳基膦酸盐为苯基膦酸锌。
优选的，所述长碳链脂肪酸钙为褐煤蜡酸钙。
本实施例的络合型聚酯成核剂的制备方法，包括如下步骤：将按质量比50:9:1称好乙醇、芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙加入反应釜混合均匀，然后升温至回流温度保持30min，冷却至室温后过滤，滤饼在小于80℃下真空干燥1小时，得到络合型聚酯成核剂。
所述回流温度为88℃。
本实施例的聚酯复合物，包括以下重量份的组分：包含上述络合型聚酯成核剂1份和聚酯(仪征化纤)99份。
本实施例聚酯复合物的制备方法，按上述重量份数称好络合型聚酯成核剂及聚酯加入密炼机中，在260℃下混合5分钟后取出,得到聚酯复合物。
本发明中络合型聚酯成核剂通过红外谱图确定形成目标产物。详细见表1和图1。
表1 络合温度与目标产物
由图1可知，低于回流温度时，1573cm-1和1540cm-1是长碳链钙盐上C＝O的伸缩振动峰，881cm-1是长碳链钙盐上C-O的伸缩振动峰，1046cm-1是芳基膦酸锌上P＝O的伸缩振动峰，其峰位置没有发生位移，因此可以判断，低于回流温度时，两者的混合没有发生化学变化。当升温至回流温度后，如图1所示，C＝O伸缩振动的峰位置偏移成一个大包峰，1046cm-1峰往高位走，移到了1068cm-1处，881cm-1处的峰消失，这是因为芳基膦酸锌的磷氧双键与长碳链钙盐中的钙离子在溶剂体系下反应生成络合物，C＝O化学键与P＝O相互影响，形成新的C＝O…Ca…O＝P，导致相应峰位置的偏移。
综上，由表1与图1可以看出，在回流温度下反应络合生成了目标产物。
本发明对实施例1-5所得聚酯复合物进行了DSC测试，包括以下步骤：
通过DSC测试实施例1-5所得聚酯组合物的结晶峰值温度，具体温控过程为：以20℃/min的速度由25℃升温至260℃后保温3min消除热历史，随后以10℃/min的降温速率降至25℃。结晶峰值温度是衡量聚合物结晶快慢的一个参数，结晶峰值温度越高，结晶速度越快，越有利于缩短聚酯的加工成型周期。具体测试结果见表2。
表2 添加成核剂的聚酯结晶峰值温度
由上述测试结果可以看出，生成的络合型成核剂均可以提高聚酯的结晶峰值温度和结晶热焓，而在实施例3中生成的络合型成核剂对聚酯的结晶峰值温度和结晶热焓贡献最大，效果最好。
Claims (8)
1.一种络合型聚酯成核剂，其特征在于，该成核剂由芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙络合生成，具有如下式(Ⅰ)结构：
式(Ⅰ)中：R为C11-C31；R1、R2、R3分别为氢原子或者C1-C8。
2.根据权利要求1所述的络合型聚酯成核剂，其特征在于，所述芳基膦酸盐为苯基膦酸锌。
3.根据权利要求1所述的络合型聚酯成核剂，其特征在于，所述长碳链脂肪酸钙为褐煤蜡酸钙。
4.根据权利要求1所述的络合型聚酯成核剂，其特征在于，所述芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙的质量比为1～9:9～1。
5.一种权利要求1所述的络合型聚酯成核剂的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
将按质量比50:1～9:9～1称好乙醇、芳基膦酸锌与长碳链脂肪酸钙加入反应釜混合均匀，然后升温至回流温度保持30min，冷却至室温后过滤，滤饼在小于80℃下真空干燥1小时，得到络合型聚酯成核剂。
6.根据权利要求5所述的络合型聚酯成核剂的制备方法，其特征在于，所述回流温度不低于78℃。
7.一种聚酯复合物，其特征在于，包括以下重量份的组分：权利要求1-6任一项所述的络合型聚酯成核剂0.3～1份和聚酯99～99.7份。
8.一种权利要求7所述的聚酯复合物的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：按上述重量份数称好络合型聚酯成核剂及聚酯加入密炼机中，在255℃-265℃下混合4-6分钟后取出,得到聚酯复合物。
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|---|---|---|---|---|
| CN114181522A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-03-15 | 横店集团得邦工程塑料有限公司 | 一种耐醇解热稳定型ppa复合材料及其制备方法 |
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