CN112679728A - 一种半芳香族聚酰胺树脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半芳香族聚酰胺树脂，属于化工领域。本发明所述半芳香族聚酰胺树脂通过在组分中添加特定比例的芳香胺化合物、含磷化合物和含硫化合物，这些组分作为热稳定剂可显著提高产品在高温下的热滞留稳定性，同时添加剂中含有的特殊官能团可以与聚酰胺分子更好的结合，并能在一定程度上促进大分子的微交联，所得产品具有优异的热稳定性和机械力学性能。本发明还公开了所述半芳香族聚酰胺树脂的制备方法，所述制备方法操作步骤简单，可实现工业化大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，具体涉及一种半芳香族聚酰胺树脂及其制备方法。
背景技术
聚酰胺因具有良好的综合性能，包括力学性能、耐磨损性、耐热性、耐化学药品性、自润滑性、摩擦系数低以及易于加工等特点，被广泛应于用玻璃纤维、矿物填充与阻燃改性等塑料制品领域。近10年以来，半芳香族聚酰胺由于突出的耐热性能和优异的力学性能在越来越受到重视。
半芳香族聚酰胺广泛应用于电子电器领域，通常采用注塑方法制备各类小型化电子电器制件。由于注塑机的螺筒储料量较大，而每次注塑成型所需的物料量很少，因此半芳香族聚酰胺在注塑加工时，大部分聚合物熔体在注塑机螺筒中的停留时间较长，一般在5min左右，最长可达10min以上。
由于在进行注塑加工时注塑机螺筒的温度一般高达330℃以上，因此半芳香族聚酰胺的熔体在螺筒中会发生不同程度的热分解，注塑初期的制品和注塑后期的制品由于滞留时间不同，性能会发生较明显的变化，如粘度和分子量降低、分解产生大量气体、力学性能下降、颜色变黄、发黑等不良现象。
对于均聚型半芳香聚酰胺如PA9T、PA10T等，其分解温度相对较高，上述问题并不严重。然而，均聚PA6T的熔点高于其分解温度，通过常规的熔融聚合方法无法获得，需要向其中添加一定量的共聚组分降低其熔点，因此PA6T半芳香族聚酰胺通常以PA6T/66、PA6T/6等共聚形式存在，这些PA6T共聚物的熔点一般都在300℃以上。由于PA6T共聚酰胺中含有较多脂肪族聚酰胺的重复单元，导致其热稳定性较PA9T、PA10T等均聚型半芳香聚酰胺差很多。
一方面，PA6T共聚酰胺以1，6-己二胺为原料，原材料价格相对其它二胺低廉且易于获得，因此在半芳香族聚酰胺家族中是应用最多的一类聚酰胺；另一方面，PA6T共聚酰胺在成型加工时的热稳定性差，热分解严重。因此如何提高PA6T共聚酰胺的热稳定性，减少其在注塑加工过程中由于热滞留时间较长对注塑制件性能的影响成为一个重要课题。
现有技术方案在聚酰胺的改性过程中，通常将热稳定剂、抗氧剂等助剂随其它填料(如玻纤、阻燃剂等)一起加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混，以提高热稳定性。这种方法虽然可以提高材料的热稳定性，但却没有意识到，熔融共混改性的过程中由于加工温度远在聚酰胺的熔点之上，且挤出机的螺杆对大分子链具有较强的剪切作用，此时树脂已经发生了热分解，且这个分解过程是不可逆的，此时再加入抗氧剂与热稳定剂的效果并不理想。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种热稳定性优异的半芳香族聚酰胺树脂，该产品可有效避免聚酰胺树脂产品在注塑加工过程中热滞留时间较长带来的性能下降。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种半芳香族聚酰胺树脂，按摩尔百分比计，包括以下重复单元的组分：二胺单体和二酸单体；所述组分中还包括芳香胺化合物、含磷化合物和含硫化合物；所述二胺单体为1,6-己二胺；所述每摩尔二酸单体中包括0.2～1mol芳香族二酸和0～0.8mol1,6-己二酸。
优选地，所述芳香胺化合物、含磷化合物和含硫化合物的质量比为：芳香胺化合物：含磷化合物：含硫化合物＝1～6:1～6:1～1.5。
发明人经过大量的实验后发现，当在共聚聚酰胺制备的原料中添加芳香化合物、含磷化合物和含硫化合物，且三种物质的添加量为特定比例时，所得到的聚酰胺树脂产品的热稳定性显著提高；此外上述几种添加剂中含有的特殊官能团可以与聚酰胺分子更好的结合，并能在一定程度上促进大分子的微交联，进一步缓解树脂在高温下的分解并提高热滞留稳定性。
本发明所提供的半芳香族聚酰胺树脂通过在组分中添加特定比例的芳香胺化合物、含磷化合物和含硫化合物，这些组分作为热稳定剂可显著提高产品在高温下的热滞留稳定性，同时添加剂中含有的特殊官能团可以与聚酰胺分子更好的结合，并能在一定程度上促进大分子的微交联。所得产品具有优异的热稳定性和机械力学性能。
优选地，所述芳香胺化合物、含磷化合物和含硫化合物在所述半芳香族聚酰胺树脂组分中的总质量含量为0.2～3％。
更优选地，所述芳香胺化合物、含磷化合物和含硫化合物在所述半芳香族聚酰胺树脂组分中的总质量含量为0.5～1.5％。
所述含量下的添加剂不仅可有效提高产品的热稳定性，同时不会影响产品的粘度、强度等功能性质。
优选地，所述半芳香族聚酰胺树脂中磷元素的质量含量为10～1000ppm，硫元素的质量含量为1～500ppm。更优选地，所述半芳香族聚酰胺树脂中磷元素的质量含量为20～600ppm，硫元素的质量含量为2～200ppm；更优选地，所述半芳香族聚酰胺树脂中磷元素的质量含量为30～500ppm，硫元素的质量含量为3～50ppm。
所述条件下添加的含磷化合物及含硫化合物可有效提升产品的交联程度，从而提高其热稳定性，同时一定程度上提高树脂产品的耐性和机械强度。
优选地，所述芳香族二酸包括对苯二酸、间苯二酸、邻苯二酸中的至少一种；更优选地，所述芳香族二酸包括对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸中的至少一种。
优选地，所述芳香胺化合物为含有亚氨基的胺类化合物；更优选地，所述芳香胺化合物包括4-(苯基乙酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-环己氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-苄氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-苯氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(苯基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)对苯二甲酸酯、α,α’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶氧基)对二甲苯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-甲苯-2,4-二氨基甲酸酯、三(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-苯-1,3,5-三甲酸酯、三(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-苯-1,3,4-三甲酸酯、1-[2-{3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基}丁基]-4-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基]-2,2,6,6-四甲基哌啶、4.4’-双(α.α’-二甲基苄基)二苯胺中的至少一种。
优选地，所述含磷化合物包括无机含磷化合物、有机含磷化合物中的至少一种；所述无机含磷化合物包括无机磷酸类化合物、无机亚磷酸类化合物、无机次磷酸类化合物、磷酸金属盐类化合物、亚磷酸金属盐类化合物、次磷酸金属盐类化合物中的至少一种；所述有机含磷化合物包括亚磷酸三辛酯、亚磷酸三月桂酯、亚磷酸三癸酯、亚磷酸二苯辛酯、亚磷酸三异癸酯、亚磷酸一苯二异癸酯、亚磷酸一苯二(十三烷基)酯、亚磷酸二苯异辛酯、亚磷酸二苯异癸酯、亚磷酸二苯(十三烷基)酯、亚磷酸三苯酯、亚磷酸三(壬基苯基)酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯基·苯基·季戊四醇二亚磷酸酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯基·甲基·季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,6-二叔丁基-4-乙基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,6-二叔戊基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,6-二叔辛基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种。
优选地，所述含硫化合物包括有机含硫化合物、无机含硫化合物中的至少一种；所述无机含硫化合物包括无机硫化物、无机硫酸类化合物、无机亚硫酸类化合物、硫化盐类化合物、硫酸盐类化合物、亚硫酸盐类化合物中的至少一种；所述有机含硫化合物包括季戊四醇四(3-月桂硫基丙酸酯)、3,3’-硫二丙酸二月桂酯、3,3’-硫二丙酸二肉豆蔻酯及3,3’-硫二丙酸二硬脂酯、双硬脂酰基硫代双丙酸酯、双肉桂酰基硫代双丙酸酯中的至少一种。
优选地，所述半芳香族聚酰胺树脂中氨基的摩尔浓度为30～100mol/吨，羧基的摩尔浓度为50～120mol/吨。
优选地，所述半芳香族聚酰胺树脂的组分中还含有封端剂和催化剂。
本发明的另一目的还在于提供所述半芳香族聚酰胺树脂的制备方法，所述制备方法为：在二胺单体和二酸单体中加入催化剂及封端剂并混合均匀后，加入芳香胺化合物、含磷化合物和含硫化合物并进行聚合反应，即得所述半芳香族聚酰胺树脂。
本发明所述制备方法操作步骤简单，可实现工业化大规模生产。
优选地，所述制备方法得到的半芳香族聚酰胺树脂在25℃下、浓度为98％的浓硫酸中的浓度为10mg/mL，相对粘度为1.8～2.7，优选为1.9～2.4；熔点为280～340℃，优选为295～325℃。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种半芳香族聚酰胺树脂，该产品通过在组分中添加特定比例的芳香胺化合物、含磷化合物和含硫化合物，这些组分作为热稳定剂可显著提高产品在高温下的热滞留稳定性，同时添加剂中含有的特殊官能团可以与聚酰胺分子更好的结合，并能在一定程度上促进大分子的微交联，所得产品具有优异的热稳定性和机械力学性能。本发明还提供了所述半芳香族聚酰胺树脂的制备方法，所述制备方法操作步骤简单，可实现工业化大规模生产。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。
实施例1～8
本发明所述半芳香族聚酰胺树脂的实施例，各实施例中所述半芳香族聚酰胺树脂的配方如表1所示。
实施例所述半芳香族聚酰胺树脂的制备方法为：在配有冷凝管、磁力偶合搅拌、加料口、气相口、压力防爆装置的带压反应釜中加入1,6-己二胺、二酸单体、催化剂、封端剂，再向其中加入占总投料量30wt％的去离子水，以及芳香胺化合物、含磷化合物和含硫化合物后，抽真空后充入高纯氮气作为保护气氛开始反应。
从室温开始将反应混合物逐步升温至220℃～230℃，在此温度下搅拌2～4h后，打开排气阀门慢慢泄压，从反应容器内排出水蒸汽，控制排水量以保持反应器内的温度和压力不变。一直排水至排水量达到投入去离子水量的约60～70％；此时开始升温，在3小时内升温至250℃～270℃，在此温度下恒定保温1～2h；反应完成后打开阀门出料，得到预聚物。
将预聚物于100℃下干燥4h后，加入到固相增粘装置中，使用高纯氮气作为保护气进行固相增粘反应：首先升温至210～220℃，恒温1～5h后，继续升温至250～260℃并恒温1～3h。待反应完成后，降温至180℃，恒温1～5h；最终降低至室温并出料。在上述反应过程中不断取样，通过取样测试粘度确定最终聚合终点，即得所述半芳香族聚酰胺树脂。
对比例1～3
对比例1～3所述半芳香族聚酰胺树脂与实施例1～8的差别仅在于配方上的不同，各对比例所述半芳香族聚酰胺树脂的配方如表1所示。
本发明具体实施例所述半芳香族聚酰胺树脂的组分中，所述二酸单体包括对苯二甲酸、间苯二甲酸和1,6-己二酸；所述催化剂为次亚磷酸钠；所述封端剂为苯甲酸；所述含磷化合物包括双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯和焦磷酸二氢二钠；所述芳香胺化合物包括4-(苯基乙酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶和4.4’-双(α.α’-二甲基苄基)二苯胺；所述含硫化合物包括季戊四醇四(3-月桂硫基丙酸酯和亚硫酸钠。
为验证本发明所述半芳香族聚酰胺树脂的性能优异性，对实施例1～8及对比例1～3所得产品进行性能性质测试。
所述半芳香族聚酰胺树脂的相对粘度测试方法为GB12006.1-89；
所述半芳香族聚酰胺树脂的氨基含量的测试方法为：用全自动电位滴定仪滴定样品端氨基含量。取0.5g半芳香族聚酰胺树脂样品，加苯酚45mL及无水甲醇3mL，加热回流，观察试样完全溶解后，冷至室温，用已标定的盐酸标准溶液滴定端氨基含量；
所述半芳香族聚酰胺树脂的羧基含量的测试方法为：用全自动电位滴定仪滴定样品端羧基含量。取0.5g半芳香族聚酰胺树脂样品，加入邻甲酚50mL，回流溶解，放冷后迅速加入400μL甲醛溶液，用已标定的KOH-乙醇溶液滴定端羧基含量；
所述半芳香族聚酰胺树脂熔点的测试方法为：ISO11357(2009)；
所述半芳香族聚酰胺树脂热滞留稳定性的测试方法包括两种方法，所述方法分别为：
(1)恒温热失重法
称取半芳香族聚酰胺树脂样品5～10mg放入坩埚中，利用NetzschTG209F3热失重分析仪测量样品的恒温热失重，具体测试方法为：在空气气氛中，测试温度设定为聚酰胺样品的熔点以上20℃，在此温度下维持恒温1h，记录样品随时间的失重率，定义为热滞留失重率。所述样品失重率越高，说明在此温度下的热滞留稳定性越差。
(2)毛细管流变仪热滞留测试
称取固定重量的半芳香族聚酰胺树脂样品，放入马尔文Rosand RH2000高压毛细管流变仪的料筒中，此时料筒温度设定为聚酰胺样品的熔点以上20℃。测试将获得半芳香族聚酰胺树脂样品的剪切粘度和热滞留后的剪切粘度，具体为：
半芳香族聚酰胺树脂样品的剪切粘度：将样品在料筒维持1min待样品完全熔融后，利用高压毛细管的顶杆将样品挤出，其中顶杆的剪切速率为1000s-1，记录样品的剪切粘度。
半芳香族聚酰胺树脂样品热滞留后的剪切粘度：样品在料筒中维持6min，即1min熔融时间与5min热滞留时间，以模拟半芳香族聚酰胺树脂在注塑机螺筒中的热滞留状态，恒温结束后利用高压毛细管的顶杆将样品挤出。其中顶杆的剪切速率为1000s-1，记录样品的剪切粘度。
经过热滞留后，将滞留后的剪切粘度/未经过热滞留的剪切粘度定义为热滞留粘度保持率。所述热滞留粘度保持率越高说明样品经过热滞留后的粘度下降越少，即热滞留稳定性越高。
测试结果如表1所示。
表1
从表1可知，实施例1～8所得半芳香族聚酰胺树脂相对熔点均较高，且相比于对比例1，热滞留失重率均能保持在6％以下，热滞留粘度保持率能保持在75％以上，说明所述配比下的组分中芳香胺化合物、含磷化合物及含硫化合物很好地充当了热稳定剂的作用，显著提高了材料的热稳定性；对比例2因所述热稳定剂的添加含量及配比不当，其热稳定性弱于实施例所得产品；对比例3的热稳定性能较弱，熔点较低，说明组分中的二酸单体等组分的组成同样影响最终产品的热稳定性能。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种半芳香族聚酰胺树脂，其特征在于，按摩尔百分比计，包括以下重复单元的组分：二胺单体和二酸单体；所述组分中还包括芳香胺化合物、含磷化合物和含硫化合物；所述二胺单体为1,6-己二胺；所述每摩尔二酸单体中包括0.2～1mol芳香族二酸和0～0.8mol1,6-己二酸。
2.如权利要求1所述的半芳香族聚酰胺树脂，其特征在于，所述芳香胺化合物、含磷化合物和含硫化合物的质量比为：芳香胺化合物：含磷化合物：含硫化合物＝1～6:1～6:1～1.5。
3.如权利要求1所述的半芳香族聚酰胺树脂，其特征在于，所述芳香胺化合物、含磷化合物和含硫化合物在所述半芳香族聚酰胺树脂组分中的总质量含量为0.2～3％。
4.如权利要求1所述的半芳香族聚酰胺树脂，其特征在于，所述半芳香族聚酰胺树脂中磷元素的质量含量为10～1000ppm，硫元素的质量含量为1～500ppm。
5.如权利要求4所述的半芳香族聚酰胺树脂，其特征在于，所述半芳香族聚酰胺树脂中磷元素的质量含量为20～600ppm，硫元素的质量含量为2～200ppm；优选地，所述半芳香族聚酰胺树脂中磷元素的质量含量为30～500ppm，硫元素的质量含量为3～50ppm。
6.如权利要求1所述的半芳香族聚酰胺树脂，其特征在于，所述芳香族二酸包括对苯二酸、间苯二酸、邻苯二酸中的至少一种；优选地，所述芳香族二酸包括对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸中的至少一种。
7.如权利要求1所述的半芳香族聚酰胺树脂，其特征在于，所述芳香胺化合物为含有亚氨基的胺类化合物；优选地，所述芳香胺化合物包括4-(苯基乙酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-环己氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-苄氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-苯氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(苯基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)对苯二甲酸酯、α,α’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶氧基)对二甲苯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-甲苯-2,4-二氨基甲酸酯、三(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-苯-1,3,5-三甲酸酯、三(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-苯-1,3,4-三甲酸酯、1-[2-{3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基}丁基]-4-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基]-2,2,6,6-四甲基哌啶、4.4’-双(α.α’-二甲基苄基)二苯胺中的至少一种。
8.如权利要求1所述的半芳香族聚酰胺树脂，其特征在于，所述含磷化合物包括无机含磷化合物、有机含磷化合物中的至少一种；所述无机含磷化合物包括无机磷酸类化合物、无机亚磷酸类化合物、无机次磷酸类化合物、磷酸金属盐类化合物、亚磷酸金属盐类化合物、次磷酸金属盐类化合物中的至少一种；所述有机含磷化合物包括亚磷酸三辛酯、亚磷酸三月桂酯、亚磷酸三癸酯、亚磷酸二苯辛酯、亚磷酸三异癸酯、亚磷酸一苯二异癸酯、亚磷酸一苯二(十三烷基)酯、亚磷酸二苯异辛酯、亚磷酸二苯异癸酯、亚磷酸二苯(十三烷基)酯、亚磷酸三苯酯、亚磷酸三(壬基苯基)酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯基·苯基·季戊四醇二亚磷酸酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯基·甲基·季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,6-二叔丁基-4-乙基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,6-二叔戊基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,6-二叔辛基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种。
9.如权利要求1所述的半芳香族聚酰胺树脂，其特征在于，所述含硫化合物包括有机含硫化合物、无机含硫化合物中的至少一种；所述无机含硫化合物包括无机硫化物、无机硫酸类化合物、无机亚硫酸类化合物、硫化盐类化合物、硫酸盐类化合物、亚硫酸盐类化合物中的至少一种；所述有机含硫化合物包括季戊四醇四(3-月桂硫基丙酸酯)、3,3’-硫二丙酸二月桂酯、3,3’-硫二丙酸二肉豆蔻酯及3,3’-硫二丙酸二硬脂酯、双硬脂酰基硫代双丙酸酯、双肉桂酰基硫代双丙酸酯中的至少一种。
10.如权利要求1～9任一项所述半芳香族聚酰胺树脂的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：在二胺单体和二酸单体中加入催化剂及封端剂并混合均匀后，加入芳香胺化合物、含磷化合物和含硫化合物并进行聚合反应，即得所述半芳香族聚酰胺树脂。
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