CN114409895A - 半芳香族聚酰胺及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半芳香族聚酰胺及其制备方法和应用。所述半芳香族聚酰胺,通过(a)和(b)聚合制备:(a)二元羧酸,所述二酸羧酸至少包括杂环二元羧酸;(b)二元胺,所述二元胺至少包括占比为50摩尔%的脂肪族二元胺。所述半芳香族聚酰胺的结晶度低、玻璃转化温度高、加工流动性好,且韧性、冲击强度好。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,特别是涉及一种半芳香族聚酰胺及制备方法和应用。
背景技术
半芳香族聚酰胺具有比脂肪族聚酰胺(PA6、PA66等)更为优异的耐高温特性、物理机械性能和无可比拟的加工性能,近年来越来越受到市场重视。分子结构中含有苯环或者其它芳环结构的半芳香族聚酰胺通常是由脂肪族、脂环族的二酸(或二胺)与芳香族的二胺(或二酸)经缩聚而成,也可以根据性能要求由三种或者三种以上的二酸/二胺单体共缩聚得到。现有关于半芳香族聚酰胺的已知研究大多与PA6T相关,但该材料:一方面刚性很强,其拉伸断裂伸长率一般都在5%以下;另一方面潮湿环境下的尺寸稳定性及性能保持率不尽人意。解决上述问题的有效方法之一是在分子结构设计时增加柔性链的比例。但长脂肪链结构仍会导致聚酰胺材料在成型加工中存在收缩率较高、流动性相对不足的问题,这限制其在高尺寸稳定性制品中的应用。此外其较低的玻璃化转变温度也限制了其使用温度范围。另外,目前对于半芳香族聚酰胺成型性与材料结晶性之间的关联性的认识尚有不足。
如有方法涉及一种使用对苯二甲酸、癸二胺和长碳链脂肪族二元酸共聚制备半芳香族聚酰胺PA10T的方法,引入十二烷二酸和/或十四烷二酸长碳链脂肪族二酸降低了PA10T分子链的规整度,降低其结晶能力,但同时也致使其玻璃化转变温度显著降低(<90℃)。
还有方法涉及二环脂肪族二胺(双(4-氨基-环己烷)甲烷(PACM)、双(3-甲基-4-氨基-环己烷)甲烷(MACM)、2,2-双(3-甲基-4-氨基-环己烷)丙烷(BMACP))与对苯二甲酸、癸二胺在220℃下共聚制作预聚物,并将该预聚物在230℃下进行固相聚合以制PA10T共聚物,其结晶度较低、玻璃化转变温度较高、缺口冲击强度相对PA10T纯聚物有较明显的改善,但加工流动性仍有不足。
还有方法涉及包含对苯二甲酸、癸二胺与超支化聚乙烯亚胺单元形成的PA10T聚酰胺,超支化单元结构虽有助于解决分子量增加导致聚酰胺流动性差的问题,但也一定程度上影响玻璃化转变温度。
还有方法涉及主链含有3个或3个以上氮原子、含仲胺基团化合物单元结构的PA10T聚酰胺,具有70%以上的热滞留稳定性,但韧性、刚性以及加工流动性方面的改善并不充分。
另外,还有方法通过在聚酰胺结构中引入杂环基团,如此可以提高聚酰胺的耐高温性和力学性能,但是对于结晶度、玻璃化转变温度以及加工流动性的改善依然不足。此外,呋喃二甲酸聚合反应还存在活性低,收率低的缺陷。
发明内容
基于此,本发明提供一种结晶度低、玻璃转化温度高、加工流动性好,且韧性、冲击强度好的半芳香族聚酰胺及制备方法和应用。
本发明的第一方面,提供一种半芳香族聚酰胺,通过(a)和(b)聚合制备:
(a)二元羧酸,所述二酸羧酸至少包括杂环二元羧酸;
(b)二元胺,所述二元胺至少包括占比为50摩尔%的脂肪族二元胺;
所述杂环二元羧酸具有如下通式(I)所示的结构特征:
其中,
X为羧基;
R1、R2各自独立选自:单键、C6~10芳基或至少一个R01取代或未取代的C1~10亚烷基;R01每次出现分别独立地选自:C1~4烷基、羟基或卤素;
A选自C3~20杂芳基、以键连接的两个C3~20杂芳基或以键连接的C3~20杂芳基与C6~20芳基;所述键为单键或二硫键;
所述C3~20杂芳基、以键连接的两个C3~20杂芳基或以键连接的C3~20杂芳基与C6~20芳基分别独立地被至少一个R02取代或未取代;
R02每次出现分别独立地选自:卤素、-OH、-SH、-CN、-NO2、三卤代甲基、羟基吡啶基、C1~10烷基、C6~10芳基、芳基C1~10烷基、C1~10烷氧基C1~10烷基、芳基C1~10烷氧基C1~10烷基、C1~10烷基氨基C1~10烷基、芳基C1~10烷基氨基C1~10烷基、N-芳基-N-C1~10烷基氨基C1~10烷基、C1~10烷基羰基C1~10烷基、芳基C1~10烷基羰基C1~10烷基、C1~10烷基羰基C1~10烷基、芳基C1~10烷基羧基C1~10烷基C1~10烷基羰基氨基C1~10烷基或芳基C1~10烷基羰基氨基C1~10烷基。
在其中一个实施例中,R1、R2为单键或苯基。
在其中一个实施例中,所述C3~20杂芳基为C6杂芳基时,满足如下条件(1)和/或(2):
(1)杂原子的数量为2个以上;
(2)被至少一个R02取代。
在其中一个实施例中,所述C3~20杂芳基具有如下所示结构特征:
其中,A1选自C6~10芳基,A2选自C3~10杂芳基;
X1、X2、X3、X4、X5、X6分别独立地选自CH或N,且至少一个为N;
X7、X8、X9、X10分别独立地选自CH或N,Y选自O或S;
所述以键连接的两个C3~20杂芳基具有如下所示结构特征:
其中,A3选自C5~7杂芳基,A4选自C5~7杂芳基;
L1为单键或二硫键;
所述以键连接的C3~20杂芳基与C6~20芳基具有如下所示结构特征:
其中,A5选自C6~8芳基,A6选自C5~7杂芳基;
L2为单键或二硫键。
在其中一个实施例中,A选自被至少一个R02取代或未取代的如下基团:
在其中一个实施例中,所述杂环二元羧酸为5,6-二羧酸-苯并咪唑(BIDB)、2,6-吡啶二羧酸(DPA)、2,5-吡啶二羧酸(PDCA)、2,5-噻吩二羧酸(TPDCA)、2,5-吡嗪二羧酸(PRDCA)、6-甲基吡啶-2,3-二羧酸(MPDCA)、2,2`-联吡啶-4,4`-二羧酸(BPDCA)、6,6`-二硫二烟酸(DTDCA)、4-[6-(4-羟苯基)-4-苯基吡啶-2-yl]苯甲酸(YSZC1637)或2,3-吡嗪二羧酸(PZDCA)。
在其中一个实施例中,所述二酸羧酸还包括脂环族二元羧酸和/或芳香族二元羧酸;
所述脂环族二元羧酸选自:至少一个R03取代或未取代的C3~10脂环族二元羧酸;R03每次出现分别独立地选自:C1~4的烷基;
所述芳香族二元羧酸选自:至少一个R04取代或未取代的C8~18芳香族二元羧酸;R04每次出现分别独立地选自:C1~6的烷基、C6~12芳基、C7~18芳基烷基、卤素、C3~10烷基甲硅烷基、磺酸基或磺酸盐基团。
在其中一个实施例中,所述二元羧酸包括摩尔比为1:(1~10)的杂环二元羧酸与芳香族二元羧酸。
在其中一个实施例中,所述脂肪族二元胺选自C6~12脂肪族二胺。
在其中一个实施例中,所述二元胺还包括环状脂肪族二胺;所述环状脂肪族二胺选自:至少一个R05取代或未取代的C3~10环状脂肪族二胺;R05每次出现分别独立地选自:C1~4的烷基。
在其中一个实施例中,所述二元胺包括摩尔比为(1~10):1的所述脂肪族二元胺与所述环状脂肪族二胺。
在其中一个实施例中,所述二元羧酸与所述二元胺的摩尔比为1:(0.9~1.2)。
在其中一个实施例中,所述半芳香族聚酰胺半芳香族聚酰胺的分子量,以25℃的特性粘度ηinh为指标,为1.5~7。
本发明的第二方面,提供所述的半芳香族聚酰胺的制备方法,包括如下步骤:
将所述二元羧酸、所述二元胺以及催化剂、封端剂、水混合,进行预聚反应,制备预聚物;
将所述预聚物在惰性气体氛围下进行固相增粘处理,制备所述半芳香族聚酰胺。
在其中一个实施例中,所述催化剂选自磷基化合物;及/或
预聚反应的条件包括:加热混合所得物料,先升温至200℃~220℃反应1~3小时;再升温至220.01℃~240℃反应2~4小时,反应过程中保持压力为2.2MPa~2.8MPa。
在其中一个实施例中,固相增粘处理的条件包括:温度为230℃~260℃、真空度为50Pa~1000Pa、时间为10~20小时。
本发明的第三方面,提供所述的半芳香族聚酰胺在树脂制品中的应用。
发明人通过研究发现,随着材料聚合分子量的提升和熔点的提高,对于耐高温性(玻璃化转变温度)的提升逐渐变得不明显,同时会导致材料结晶度升高、韧性降低以及流动性降低的问题,对于材料制件尺寸稳定和应用环境温度带来损害。
基于此,发明人进行了广泛且深入的研究并发现,通过以特定结构的杂环单体参与聚合,在聚酰胺主链上引入特定的杂环结构,能够在降低聚酰胺高分子链的规整性的同时提高分子链间的氢键相互作用,有效降低聚酰胺材料的结晶度低、提高其玻璃化转变温度,同时提升聚酰胺材料的韧性、冲击强度,使材料具有优良耐高温性、流动性、低吸水性及刚性。
另外,以特定结构的杂环单体参与聚合,还可以使得聚合反应的活性高,产物收率高。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的半芳香族聚酰胺及其制备方法和应用作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
本文所使用的术语“和/或”、“或/和”、“及/或”的可选范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个项目,也包括相关所列项目的任意的和所有的组合,所述任意的和所有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目、或者全部相关所列项目的组合。
本文中,“至少一个”指一个、两个或两个以上。
本发明中,“第一方面”、“第二方面”、“第三方面”等仅用于描述目的,不能理解为指示或暗示相对重要性或数量,也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。而且“第一”、“第二”、“第三”等仅起到非穷举式的列举描述目的,应当理解并不构成对数量的封闭式限定。
本发明中,以开放式描述的技术特征中,包括所列举特征组成的封闭式技术方案,也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中,涉及到数值区间,如无特别说明,上述数值区间内视为连续,且包括该范围的最小值及最大值,以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地,当范围是指整数时,包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外,当提供多个范围描述特征或特性时,可以合并该范围。换言之,除非另有指明,否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
本发明中涉及的百分比含量,如无特别说明,对于固液混合和固相-固相混合均指质量百分比,对于液相-液相混合指体积百分比。
本发明中涉及的百分比浓度,如无特别说明,均指终浓度。所述终浓度,指添加成分在添加该成分后的体系中的占比。
本发明中的温度参数,如无特别限定,既允许为恒温处理,也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。
术语“羧基”是指-COOH。
术语“烷基”,是指包含伯(正)碳原子、或仲碳原子、或叔碳原子、或季碳原子、或其组合的饱和烃基。包含该术语的短语,例如,“C1~10烷基”是指包含1~10个碳原子的烷基,每次出现时,可以互相独立地为C1烷基、C2烷基、C3烷基、C4烷基、C5烷基、C6烷基、C7烷基、C8烷基、C9烷基、C10烷基。合适的实例包括但不限于:甲基(Me、-CH3)、乙基(Et、-CH2CH3)、1-丙基(正丙基、n-Pr、n-丙基、-CH2CH2CH3)、2-丙基(i-Pr、i-丙基、-CH(CH3)2)、1-丁基(正丁基、n-Bu、n-丁基、-CH2CH2CH2CH3)、2-甲基-1-丙基(i-Bu、i-丁基、-CH2CH(CH3)2)、2-丁基(s-Bu、s-丁基、-CH(CH3)CH2CH3)、叔丁基(1,1-二甲基乙基、t-Bu、t-丁基、-C(CH3)3)、1-戊基(正戊基、n-戊基、-CH2CH2CH2CH2CH3)、2-戊基(-CH(CH3)CH2CH2CH3)、3-戊基(-CH(CH2CH3)2)、2-甲基-2-丁基(-C(CH3)2CH2CH3)、3-甲基-2-丁基(-CH(CH3)CH(CH3)2)、3-甲基-1-丁基(-CH2CH2CH(CH3)2)、2-甲基-1-丁基(-CH2CH(CH3)CH2CH3)、1-己基(正己基、-CH2CH2CH2CH2CH2CH3)、2-己基(-CH(CH3)CH2CH2CH2CH3)、3-己基(-CH(CH2CH3)(CH2CH2CH3))、2-甲基-2-戊基(-C(CH3)2CH2CH2CH3)、3-甲基-2-戊基(-CH(CH3)CH(CH3)CH2CH3)、4-甲基-2-戊基(-CH(CH3)CH2CH(CH3)2)、3-甲基-3-戊基(-C(CH3)(CH2CH3)2)、2-甲基-3-戊基(-CH(CH2CH3)CH(CH3)2)、2,3-二甲基-2-丁基(-C(CH3)2CH(CH3)2)、3,3-二甲基-2-丁基(-CH(CH3)C(CH3)3和辛基(-(CH2)7CH3)。C1~10烷基
术语“卤素”是指F、Cl、Br或I。
术语“芳环”和“芳基”具有相同的含义,是指在芳香环化合物的基础上除去一个氢原子衍生的芳族烃基,可以为单环芳基、或稠环芳基、或多环芳基,对于多环的环种,至少一个是芳族环系。例如,“C6~20芳基”是指包含6~20个碳原子的芳基,每次出现时,可以互相独立地为C6芳基、C7芳基、C8芳基、C9芳基、C10芳基、C15芳基、C20芳基。合适的实例包括但不限于:苯、联苯、萘、蒽、菲、二萘嵌苯、三亚苯及其衍生物。
术语“芳杂环”和“芳杂基”具有相同的含义,是指在芳基的基础上至少一个碳原子被非碳原子所替代,非碳原子可以为N原子、O原子、S原子等。例如,“C3~20杂芳基”是指包含3~20个碳原子的杂芳基,每次出现时,可以互相独立地为C3杂芳基、C4杂芳基、C5杂芳基、C6杂芳基、C7杂芳基、C8杂芳基、C10杂芳基、C15杂芳基、C20杂芳基。合适的实例包括但不限于:呋喃、苯并呋喃、噻吩、苯并噻吩、吡咯、吡唑、三唑、咪唑、噁唑、噁二唑、噻唑、四唑、吲哚、咔唑、吡咯并咪唑、吡咯并吡咯、噻吩并吡咯、噻吩并噻吩、呋喃并吡咯、呋喃并呋喃、噻吩并呋喃、苯并异噁唑、苯并异噻唑、苯并咪唑、吡啶、吡嗪、哒嗪、嘧啶、三嗪、喹啉、异喹啉、邻二氮萘、喹喔啉、菲啶、伯啶、喹唑啉和喹唑啉酮。
术语“脂环族”、“环状脂肪族”是指包含环碳原子的非芳香族烃,其中环碳原子均为饱和烃。可以为单环烷基、或螺环烷基、或桥环烷基。
术语“芳香族”是指在芳香环化合物的基础上除去一个或多个氢原子衍生的芳族烃基。
术语“二硫键”是指*-SS-*。
“*”表示连接位点。
可以理解地,作为二元羧酸或二元胺,在不损害本实施方式的目的范围内,不限于记载的化合物,也可以是与记载的化合物等价的化合物,只要是可以形成与来自上述二元羧酸或二元胺结构同样的结构的化合物则没有特别限制,可以列举例如∶二元羧酸的酸酐及卤化物等;也可以含有偏苯三酸、苯均三酸及苯均四酸等三元以上的多元羧酸。二元胺,在不损害本实施方式的目的的范围内,也可以含有双六亚甲基三胺等三元以上的多元脂肪族胺。多元脂肪族胺可以使用一种,也可以两种以上组合使用。
本发明提供一种半芳香族聚酰胺,通过(a)和(b)聚合制备:
(a)二元羧酸,所述二酸羧酸至少包括杂环二元羧酸;
(b)二元胺,所述二元胺至少包括占比为50摩尔%的脂肪族二元胺;
所述杂环二元羧酸具有如下通式(I)所示的结构特征:
其中,
X为羧基;
R1、R2各自独立选自:单键、C6~10芳基或至少一个R01取代或未取代的C1~10亚烷基;R01每次出现分别独立地选自:C1~4烷基、羟基或卤素;
A选自C3~20杂芳基、以键连接的两个C3~20杂芳基或以键连接的C3~20杂芳基与C6~20芳基;所述键为单键或二硫键;
所述C3~20杂芳基、以键连接的两个C3~20杂芳基或以键连接的C3~20杂芳基与C6~20芳基分别独立地被至少一个R02取代或未取代;
R02每次出现分别独立地选自:卤素、-OH、-SH、-CN、-NO2、三卤代甲基、羟基吡啶基、C1~10烷基、C6~10芳基、芳基C1~10烷基、C1~10烷氧基C1~10烷基、芳基C1~10烷氧基C1~10烷基、C1~10烷基氨基C1~10烷基、芳基C1~10烷基氨基C1~10烷基、N-芳基-N-C1~10烷基氨基C1~10烷基、C1~10烷基羰基C1~10烷基、芳基C1~10烷基羰基C1~10烷基、C1~10烷基羰基C1~10烷基、芳基C1~10烷基羧基C1~10烷基C1~10烷基羰基氨基C1~10烷基或芳基C1~10烷基羰基氨基C1~10烷基。
在其中一个具体的示例中,所述杂环二元羧酸中,R1、R2为单键或苯基。
在其中一个具体的示例中,所述杂环二元羧酸中,所述C3~20杂芳基为C6杂芳基时,满足如下条件(1)和/或(2):
(1)杂原子的数量为2个以上;
(2)被至少一个R02取代。
在其中一个具体的示例中,所述杂环二元羧酸中,所述C3~20杂芳基具有如下所示结构特征:
其中,A1选自C6~10芳基,A2选自C3~10杂芳基;进一步地,A1选自苯基,A2选自咪唑基;
X1、X2、X3、X4、X5、X6分别独立地选自CH或N,且至少一个为N;进一步地,X1、X2、X3、X4、X5、X6中至少两个为N;
X7、X8、X9、X10分别独立地选自CH或N,Y选自O或S;进一步地,Y选自S;
所述以键连接的两个C3~20杂芳基具有如下所示结构特征:
其中,A3选自C5~7杂芳基,A4选自C5~7杂芳基;进一步地,A3选自吡啶基,A4选自吡啶基;
L1为单键或二硫键;
所述以键连接的C3~20杂芳基与C6~20芳基具有如下所示结构特征:
其中,A5选自C6~10芳基,A6选自C4~8杂芳基;进一步地,A5选自苯基,A6选自吡啶基;
L2为单键或二硫键。
在其中一个具体的示例中,所述杂环二元羧酸中,A选自被至少一个R02取代或未取代的如下基团:
在其中一个具体的示例中,R02选自C1~10烷基或C6~10芳基。进一步地,R02选自C1~3烷基或C6~8芳基。更进一步地,R02选自甲基或苯基。
在其中一个具体的示例中,所述杂环二元羧酸为5,6-二羧酸-苯并咪唑(BIDB)、2,6-吡啶二羧酸(DPA)、2,5-吡啶二羧酸(PDCA)、2,5-噻吩二羧酸(TPDCA)、2,5-吡嗪二羧酸(PRDCA)、6-甲基吡啶-2,3-二羧酸(MPDCA)、2,2`-联吡啶-4,4`-二羧酸(BPDCA)、6,6`-二硫二烟酸(DTDCA)、4-[6-(4-羟苯基)-4-苯基吡啶-2-yl]苯甲酸(YSZC1637)或2,3-吡嗪二羧酸(PZDCA)。进一步地,所述杂环二元羧酸为5,6-二羧酸-苯并咪唑(BIDB)。如此能够获得更佳的韧性、刚性,且易于获得,便于工业化生产。
需说明的是,所述杂环二元羧酸提供的杂环(A)在半芳香族聚酰胺结构中的位置没有特别限定,任选为主链或侧链。所述杂环二元羧酸可以使用一种,也可以两种以上组合使用;如存在反式体和顺式体的几何异构体,可以使用反式体和顺式体中的任何一种,也可以使用反式体与顺式体的各种比例的混合物。
在其中一个具体的示例中,所述二酸羧酸还包括脂环族二元羧酸和/或芳香族二元羧酸。
具体地,所述脂环族二元羧酸选自:至少一个R03取代或未取代的C3~10脂环族二元羧酸;R03每次出现分别独立地选自:C1~4的烷基。进一步地,所述脂环族二元羧酸选自:至少一个R03取代或未取代的C5~10脂环族二元羧酸。更进一步地,所述脂环族二元羧酸选自:1,4-环己烷二甲酸、1,3-环己烷二甲酸和1,3-环戊烷二甲酸中的一种或多种的组合。更进一步地,所述脂环族二元羧酸为1,4-环己烷二甲酸。如此能够获得更佳的耐热性、流动性、韧性、低吸水性及刚性。
具体地,所述芳香族二元羧酸选自:至少一个R04取代或未取代的C8~18芳香族二元羧酸;R04每次出现分别独立地选自:C1~6的烷基、C6~12芳基、C7~18芳烷基、卤素基、C3~10烷基甲硅烷基、磺酸基或磺酸盐基团。进一步地,所述芳香族二元羧酸选自:对苯二甲酸、间苯二甲酸、萘二甲酸、2-氯对苯二甲酸、2-甲基对苯二甲酸、5-甲基间苯二甲酸和间苯二甲酸-5-磺酸钠中的一种或多种的组合。更进一步地,所述芳香族二元羧酸为对苯二甲酸。如此能够获得更佳的耐热性、流动性以及刚性。
在其中一个具体的示例中,所述二元羧酸包括摩尔比为1:(1~10)的杂环二元羧酸与芳香族二元羧酸。具体地,所述二元羧酸中杂环二元羧酸与芳香族二元羧酸的摩尔比包括但不限于:1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10。
需说明的是,所述脂环族二元羧酸和/或芳香族二元羧酸分别可以使用一种,也可以两种以上组合使用;脂环族二元羧酸和/或芳香族二元羧酸中,存在反式体和顺式体的几何异构体,作为原料单体的二元羧酸,可以使用反式体和顺式体中的任何一种,也可以使用反式体与顺式体的各种比例的混合物。
另外,所述脂肪族二元胺具体可以举例如:乙二胺、1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺、1,7-庚二胺、1,8-辛二胺、1,9-壬二胺、1,10-癸二胺、1,11-十一烷二胺、1,12-十二烷二胺、1,13-十三烷二胺、1,14-十四烷二胺、1,15-十五烷二胺、1,16-十六烷二胺、1,17-十七烷二胺、1,18-十八烷二胺、1,19-十九烷二胺、1,20-二十烷二胺等直链状饱和脂肪族二胺;1,2-丙二胺、1-丁基-1,2-乙二胺、1,1-二甲基-1,4-丁二胺、1-乙基-1,4-丁二胺、1,2-二甲基-1,4-丁二胺、1,3-二甲基-1,4-丁二胺、1,4-二甲基-1,4-工二胺、2,3-二甲基-1,4-丁二胺、2-甲基-1,5-戊二胺、3-甲基-1,5-戊二胺、2,5-二甲基-1,6-已二胺、2,4-二甲基-1,6-己二胺、3,3-二甲基-1,6-己二胺、2,2-二甲基-1,6-己二胺、2,2,4-三甲基-1,6-己二胺、2,4,4-二甲基-1,6-己二胺、2,4-二乙基-1,6-已一胺、2,2-二甲基-1,7-康一胺、2,3-二甲基-1,7-庚二胺、2,4-二甲基-1,7-庚二胺、2,5-二甲基-1,7-庚二胺、2-甲基-1,8-辛二胺、3-甲基-1,8-辛二胺、4-甲基-1,8-辛二胺、1,3-二甲基-1,8-辛二胺、1,4-二甲基-1,8-辛二胺、2,4-二甲基-1,8-辛二胺、3,4-二甲基-1,8-辛二胺、4,5-二甲基-1,8-辛二胺、2,2-二甲基-1,8-辛二胺、3,3-二甲基-1,8-辛二胺、4,4-二甲基-1,8-辛二胺、5-甲基-1,9-壬二胺、3,7-二甲基-1,10-癸二胺、7,8-二甲基-1,10-癸二胺等分支状饱和脂肪族二胺。进一步地,所述脂肪族二元胺选自C6~12脂肪族二胺。更进一步地,所述脂肪族二元胺选自1,6-已二胺、2-甲基-1,5-戊二胺(PMDA)、2-甲基-1,8-辛二胺、1,10-癸二胺、1,12-十二烷二胺中的一种或多种的组合。更进一步地,所述脂肪族二元胺选自2-甲基-1,5-戊二胺、1,10-癸二胺和1,12-十二烷二胺中的一种或多种的组合。
需说明的是,脂肪族二元胺中存在反式体和顺式体的几何异构体,作为原料单体的脂肪族二元胺,可以使用反式体和顺式体中的任何一种,也可以使用反式体与顺式体的各种比例的混合物。
在其中一个具体的示例中,所述二元胺还包括环状脂肪族二胺。如此能够获得更佳的耐热性、流动性、韧性、低吸水性及刚性。
在其中一个具体的示例中,所述环状脂肪族二胺选自:至少一个R05取代或未取代的C3~10环状脂肪族二胺;R05每次出现分别独立地选自:C1~4的烷基。进一步地,所述环状脂肪族二胺选自:至少一个R05取代或未取代的C5~10环状脂肪族二胺;R05每次出现分别独立地选自:C1~4的烷基。更进一步地,所述环状脂肪族二胺选自:1,4-环己烷二胺(CHDA)、1,3-双(氨基甲基)环己烷、1,4-双(氨基甲基)环已烷、1-氨基-3-氨基甲基-3,5,5-三甲基环已烷、双(4-氨基环已基)甲烷、双(3-甲基-4-氨基环己基)甲烷、2,2-双(4-氨基环己基)丙烷、双(氨基丙基)哌嗪、氨基乙基哌嗪、甲基环己烷二胺、异佛尔酮二胺、降冰片烷二胺和三环癸烷二胺中的一种或多种的组合。
需说明的是,脂环族二元胺中存在反式体和顺式体的几何异构体,作为原料单体的脂环族二元胺,可以使用反式体和顺式体中的任何一种,也可以使用反式体与顺式体的各种比例的混合物。
需说明的是,脂肪族二元胺和/或脂环族二元胺,可以单独使用1种,也可以将2种以上组合使用。
在其中一个具体的示例中,二元胺中脂肪族二元胺的比例为50~100摩尔%。进一步地,二元胺中脂肪族二元胺的比例为80~100摩尔%;二元胺中脂环族二元胺的比例为0~50摩尔%,进一步地,二元胺中脂环族二元胺的比例为0~30摩尔%,如此可以得到同时满足耐热性、流动性、韧性、低吸水性和刚性等的半芳香族聚酰胺。
在其中一个具体的示例中,所述二元胺包括摩尔比为(1~10):1的所述脂肪族二元胺与所述环状脂肪族二胺。具体地,所述二元胺中所述脂肪族二元胺与所述环状脂肪族二胺的摩尔比包括但不限于:1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、4:1、5:1、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10。
在其中一个具体的示例中,所述二元羧酸与所述二元胺的摩尔比为1:(0.9~1.2)。进一步地,所述二元羧酸与所述二元胺的摩尔比为0.95~1.1。更进一步地,所述二元羧酸与所述二元胺的摩尔比为0.98~1.05。
在其中一个具体的示例中,二元羧酸与二元胺的组合,优选但不限于:杂环二元羧酸、芳香族二元羧酸、脂肪族二元胺及脂环族二元胺的组合,或杂环二元羧酸、芳香族二元羧酸、脂肪族二元胺的组合。通过将这些组合进行聚合,可以得到同时满足优良的耐热性、流动性、韧性、低吸水性和刚性的高熔点半芳香族聚酰胺。
在其中一个具体的示例中,所述半芳香族聚酰胺半芳香族聚酰胺的分子量,以25℃的特性粘度ηinh为指标,为1.5~7,优选为1.9~5.5。
在其中一个具体的示例中,聚酰胺的熔点以Tm2计,从耐热性的观点考虑优选为270~350℃,进一步优选280~335℃;聚酰胺的玻璃化转变温度Tg,优选为115~170℃,进一步优选135~165℃;聚酰胺的熔融剪切粘度ηs,优选为20~140Pa·s,更优选30~90Pa·s,通过使熔融剪切粘度在上述范围内,可以得到流动性优良的聚酰胺;聚酰胺的拉伸强度优选为75MPa以上,更优选85MPa以上;聚酰胺的拉伸伸长度优选为5.0%以上,更优选7.0%以上;聚酰胺的色调b值,优选为0以下,进一步优选-2以下,可以得到耐热变色性优良的聚酰胺组合物。
作为半芳香族聚酰胺的制备方法,优选还包括使聚酰胺的聚合度提高的步骤,可以列举例如以下的各种方法:热熔融聚合法、热熔融聚合-固相缩聚法、预聚物-熔融挤出聚合法、固相聚合法等。
本发明还提供所述的半芳香族聚酰胺的制备方法,包括如下步骤:
将如上所述二元羧酸、所述二元胺以及催化剂、封端剂、水混合,进行预聚反应,制备预聚物;
将所述预聚物在惰性气体氛围下进行固相增粘处理,制备所述半芳香族聚酰胺。
具体地,封端剂添加的目的在于调节分子量。封端剂的种类可以列举例如:一元羧酸、一元胺、邻苯二甲酸酐等酸酐、一异氰酸酯、一元酰卤、一元酯类以及一元醇类等,从半芳香族聚酰胺的热稳定性的观点考虑,优选一元羧酸及一元胺。封端剂可以使用一种,也可以两种以上组合使用。作为能够用作封端剂的一元羧酸,只要与氨基具有反应性则没有特别限制,可以列举例如∶甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、辛酸、十二酸、十三酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、特戊酸以及异丁酸等脂肪族一元羧酸;环己烷甲酸等脂环族一元羧酸;以及苯甲酸、甲苯甲酸、α-萘甲酸、β-萘甲酸、甲基萘甲酸以及苯基乙酸等芳香族一元羧酸等。一元羧酸可以使用一种,也可以两种以上组合使用。作为能够用作封端剂的一元胺,只要与羧基具有反应性则没有特别限制,可以列举例如:甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、己胺、辛胺、癸胺、硬脂胺、二甲胺、二乙胺、二丙胺和二丁胺等脂肪族一元胺;环己胺和二环己胺等脂环族一元胺;以及苯胺、甲苯胺、二苯胺及萘胺等芳香族一元胺等。一元胺可以使用一种,也可以两种以上组合使用。所述封端剂的质量相对于初始投料中除去离子水外其他投料重量的1‰-5‰。
具体地,所述催化剂选自磷基化合物。具体地,磷基化合物可以列举例如:磷酸、亚磷酸、次磷酸和其盐或酯衍生物,如磷酸、亚磷酸或次磷酸,或者磷酸、亚磷酸或次磷酸金属的钠、钾、镁、钒、钙、锌、钴、锰、锡、钨、锗、钛或锑盐;磷酸铵,亚磷酸铵和连二磷酸铵;磷酸、亚磷酸或次磷酸的乙基酯、异丙基酯、丁基酯、己基酯、异癸基酯、十八烷基酯、癸基酯、十八酰基酯或苯基酯;优选为选自磷酸钠、磷酸钾、亚磷酸钠、亚磷酸钾、次磷酸钠、次磷酸钾中的一种或几种。所述催化剂的质量相对于初始投料中二元酸的总质量为0.01%~2.5%,优选为0.05%~1%。
具体地,去离子水重量为总投料重量的25%~30%。
在其中一个具体的示例中,预聚反应的条件包括:加热混合所得物料,先升温至200℃~220℃反应1~3小时;再升温至220.01℃~240℃反应2~4小时,反应过程中保持压力为2.2MPa~2.8MPa。
在其中一个具体的示例中,固相增粘处理的条件包括:温度为230℃~260℃、真空度为50Pa~1000Pa、时间为10~20小时。
本发明的还提供所述的半芳香族聚酰胺在树脂制品中的应用。具体地,经过成型工艺得到的成形品,耐热性、韧性、成形性优良,并且低吸水性优良,除了汽车用以外,也可以适合用于例如电气和电子用、产业材料用、日用及家庭用品用等各种部件材料或挤出用途等:作为电气和电子用,没有特别限制,可以用于例如:连接器、开关、继电器。印刷线路板、电子部件的壳体、插座、静噪滤波器、绕线管以及电动机端盖等;作为产业设备用,没有特别限制,可以用于例如:齿轮、凸轮、绝缘块、灯泡、电动工具部件、农机用部件、发动机罩等;作为日用及家庭用品用,没有特别限制,可以用于例如:钮扣、食品容器以及办公家具等;作为挤出用途,没有特别限制,可以用于例如:薄膜、片材、长丝、管、棒以及中空成形品等。
以下为具体的实施例。
实施例和比较例中使用的原材料可由市场购买,使用下述化合物:(a)二元羧酸,包括对苯二甲酸(TPA)、5,6-二羧酸-苯并咪唑(BIDB)、2,6-吡啶二羧酸(DPA)、2,5-吡啶二羧酸(PDCA)、2,5-噻吩二羧酸(TPDCA)、2,5-吡嗪二羧酸(PRDCA)、6-甲基吡啶-2,3-二羧酸(MPDCA)、2,2’-联吡啶-4,4`-二羧酸(BPDCA)、6,6`-二硫二烟酸(DTDCA)、4-[6-(4-羟苯基)-4-苯基吡啶-2-yl]苯甲酸(YSZC1637)、2,3-吡嗪二羧酸(PZDCA);(b)二元胺,包括1,10-癸二胺、1,4-环己烷二胺(CHDA);催化剂,次磷酸钠;分子量调节剂,苯甲酸。
上述耐热芳香族聚酰胺性能测定方法具体如下:熔点、玻璃化转变温度测试:采用耐驰DSC200F3型的差示量热扫描仪,以20℃/min升温至350℃并保持2min,然后以20℃/min速度降温至40℃,再以20℃/min速度升温至340℃,取第二次升温曲线的熔点、玻璃化转变温度温度,通过熔融峰面积计算熔融焓;结晶度,用X射线衍射仪测定聚合物的结晶度,将熔融的聚合物用液氮猝冷制备样品的非晶样品,非晶样品和聚合物样品的X射线衍射峰面积分别为S1和S2,通过Xc=(S2-S1)/S1×100计算结晶度,其中Xc表示结晶度(%),S1表示非晶样品的X射线衍射峰面积,S2表示样品的X射线衍射峰面积;特性粘度ηinh,在25℃的98%浓硫酸中测量浓度为0.05、0.1、0.3和1g/dL的聚酰胺的比浓对数粘度ηinh(dL/g)=[ln(t/t0)]/C,其中,t0表示溶剂的空白时间,t表示样品溶液的流过时间,C表示样品溶液的浓度(g/dL),将ηinh的数据外推至浓度为0得到样品的特性粘度;熔融粘度,使用双料筒毛细管流变仪,在料筒温度340℃、剪切速度121.6sec-(毛细管∶内径1.0mm×长10mm、挤出速度10mm/min)的条件下测定了熔融粘度(Pa·s),并将其作为流动性的指标;拉伸强度(MPa)和拉伸伸长度(%),使用ASTM拉伸试验用的哑铃形注塑成形试验片(3mm厚),根据ASTM D638进行,成形试验片通过将试验用的哑铃形试验片(3mm厚)的模具(模具温度=Tg+20℃)安装到注塑成形机(上并在料筒温度=(Tm2+10)℃~(Tm2+30)℃下进行成形而得到;吸水率(%),将ASTM拉伸试验用哑铃形注塑成形试验片在成形后的绝干状态下测定试验前质量(吸水前质量)。将其在80℃的纯水中浸渍24小时之后,从水中取出试验片,擦拭表面上附着的水分,在恒温恒湿(23℃、50RH%)的环境下放置30分钟后,测定试验后质量(吸水后质量)。将吸水后质量相对于吸水前质量的增量作为吸水量,以试验数n=5求出吸水量相对于吸水前质量的比例,将其平均值作为吸水率(%);根据ISO 180/1A测定,测试条件为25℃,缺口类型为A型。;色调b值,使用ASTM拉伸试验用哑铃形注塑成形试验片,使用色差计求出初始成形品的色调b值,测定中,使用三片哑铃型注塑成形试验片,对浇口对侧的宽部中央位置,每片试验片测定三次,从平均值求出色调b值。
实施例1:将(a)BIDB(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(15mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌2小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在225℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行2小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在240℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表1。
实施例2:将(a)DPA(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(15mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的2%,去离子水重量为总投料重量的20%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至200℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在240℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.2MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表1。
实施例3:将(a)PDCA(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(15mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的2%,去离子水重量为总投料重量的20%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌2小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在240℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.6MPa,反应继续进行2小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表1。
实施例4:将(a)TPDCA(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(15mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的2%,去离子水重量为总投料重量的20%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在240℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.6MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表1。
实施例5:将(a)PRDCA(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(15mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的3‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的2%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.2MPa,反应继续进行2小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表1。
实施例6:将(a)MPDCA(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(15mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表1。
实施例7:将(a)BPDCA(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(15mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表1。
实施例8:将(a)DTDCA(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(15mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表1。
实施例9:将(a)PZDCA(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(15mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表1。
实施例10:将(a)YSZC1637(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(15mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表1。
实施例11:将(a)BIDB(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(12mol)、CHDA(3mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表2。
实施例12:将(a)PRDCA(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(12mol)、CHDA(3mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表2。
实施例13:将(a)MPDCA(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(12mol)、CHDA(3mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表2。
实施例14:将(a)BPDCA(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(12mol)、CHDA(3mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表2。
实施例15:将(a)DTDCA(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(12mol)、CHDA(3mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表2。
实施例16:将(a)YSZC1637(3mol)、TPA(12mol)和(b)癸二胺(12mol)、CHDA(3mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表2。
实施例17:将(a)BIDB(6mol)、TPA(9mol)和(b)癸二胺(12mol)、CHDA(3mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表2。
实施例18:将(a)PRDCA(6mol)、TPA(9mol)和(b)癸二胺(12mol)、CHDA(3mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表2。
实施例19:将(a)MPDCA(6mol)、TPA(9mol)和(b)癸二胺(12mol)、CHDA(3mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表2。
实施例20:将(a)BPDCA(6mol)、TPA(9mol)和(b)癸二胺(12mol)、CHDA(3mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表2。
实施例21:将(a)DTDCA(6mol)、TPA(9mol)和(b)癸二胺(12mol)、CHDA(3mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表3。
实施例22:将(a)BIDB(6mol)、TPA(9mol)和(b)癸二胺(9mol)、CHDA(6mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表3。
实施例23:将(a)PRDCA(6mol)、TPA(9mol)和(b)癸二胺(9mol)、CHDA(6mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表3。
实施例24:将(a)MPDCA(6mol)、TPA(9mol)和(b)癸二胺(9mol)、CHDA(6mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表3。
实施例25:将(a)BPDCA(6mol)、TPA(9mol)和(b)癸二胺(9mol)、CHDA(6mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表3。
实施例26:将(a)DTDCA(6mol)、TPA(9mol)和(b)癸二胺(9mol)、CHDA(6mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌3小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在220℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行4小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在230℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表3。
实施例27:将(a)DPA(15mol)和(b)癸二胺(15mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌2小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在225℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行2小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在240℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表3。
实施例28:将(a)PDCA(15mol)和(b)癸二胺(15mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌2小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在225℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行2小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在240℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表3。
比较例1:将(a)TPA(15mol)和(b)癸二胺(15mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌2小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在225℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行2小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在240℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表3。
比较例2:将(a)TPA(15mol)和(b)CHDA(15mol)加入配有磁力偶合搅拌、冷凝管、气相口、加料口、压力防爆口的压力釜中,再加入次磷酸钠、苯甲酸和去离子水。其中,次磷酸钠重量为除去离子水外其他投料重量的1.5‰,苯甲酸物质的量为二元酸总物质的量的3%,去离子水重量为总投料重量的25%。反应釜通过真空-充氮循环三次后升温,当达到90℃后开始搅拌;升温至釜内温度上升至220℃,并在持续搅拌2小时;然后在搅拌下使反应物温度保持在225℃,通过移去所形成的水而保持压力恒定在2.4MPa,反应继续进行2小时后打开阀门出料,得到预聚物。预聚物于80℃下真空干燥24小时后,在240℃、50Pa真空条件下固相增粘10小时,得到耐高温聚酰胺树脂。聚酰胺树脂的熔点等性能指标列于表3。实施例和对比例的产品的表征数据以及效果数据。
表1耐高温芳香族聚酰胺性能表征
表2耐高温芳香族聚酰胺性能表征
表3耐高温芳香族聚酰胺性能表征
从上表可以看出,在半芳香族聚酰胺的制备过程中,当二元羧酸单体中包含有杂环二元羧酸单体时,制备得到的聚酰胺,其结晶度较低,玻璃化转变温度较高,且其韧性、缺口冲击强度、流动性和吸水率与对比例的聚酰胺的相比都有了比较明显的改善。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,便于具体和详细地理解本发明的技术方案,但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。应当理解,本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上,通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案,均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准,说明书可以用于解释权利要求的内容。
Claims (17)
1.一种半芳香族聚酰胺,其特征在于,通过(a)和(b)聚合制备:
(a)二元羧酸,所述二酸羧酸至少包括杂环二元羧酸;
(b)二元胺,所述二元胺至少包括占比为50摩尔%的脂肪族二元胺;
所述杂环二元羧酸具有如下通式(I)所示的结构特征:
其中,
X为羧基;
R1、R2各自独立选自:单键、C6~10芳基或至少一个R01取代或未取代的C1~10亚烷基;R01每次出现分别独立地选自:C1~4烷基、羟基或卤素;
A选自C3~20杂芳基、以键连接的两个C3~20杂芳基或以键连接的C3~20杂芳基与C6~20芳基;所述键为单键或二硫键;
所述C3~20杂芳基、以键连接的两个C3~20杂芳基或以键连接的C3~20杂芳基与C6~20芳基分别独立地被至少一个R02取代或未取代;
R02每次出现分别独立地选自:卤素、-OH、-SH、-CN、-NO2、三卤代甲基、羟基吡啶基、C1~10烷基、C6~10芳基、芳基C1~10烷基、C1~10烷氧基C1~10烷基、芳基C1~10烷氧基C1~10烷基、C1~10烷基氨基C1~10烷基、芳基C1~10烷基氨基C1~10烷基、N-芳基-N-C1~10烷基氨基C1~10烷基、C1~10烷基羰基C1~10烷基、芳基C1~10烷基羰基C1~10烷基、C1~10烷基羰基C1~10烷基、芳基C1~10烷基羧基C1~10烷基C1~10烷基羰基氨基C1~10烷基或芳基C1~10烷基羰基氨基C1~10烷基。
2.根据权利要求1所述的半芳香族聚酰胺,其特征在于,R1、R2为单键或苯基。
3.根据权利要求1所述的半芳香族聚酰胺,其特征在于,所述C3~20杂芳基为C6杂芳基时,满足如下条件(1)和/或(2):
(1)杂原子的数量为2个以上;
(2)被至少一个R02取代。
6.根据权利要求1所述的半芳香族聚酰胺,其特征在于,所述杂环二元羧酸为5,6-二羧酸-苯并咪唑、2,6-吡啶二羧酸、2,5-吡啶二羧酸、2,5-噻吩二羧酸、2,5-吡嗪二羧酸、6-甲基吡啶-2,3-二羧酸、2,2`-联吡啶-4,4`-二羧酸、6,6`-二硫二烟酸、4-[6-(4-羟苯基)-4-苯基吡啶-2-yl]苯甲酸或2,3-吡嗪二羧酸。
7.根据权利要求1所述的半芳香族聚酰胺,其特征在于,所述二酸羧酸还包括脂环族二元羧酸和/或芳香族二元羧酸;
所述脂环族二元羧酸选自:至少一个R03取代或未取代的C3~10脂环族二元羧酸;R03每次出现分别独立地选自:C1~4的烷基;
所述芳香族二元羧酸选自:至少一个R04取代或未取代的C8~18芳香族二元羧酸;R04每次出现分别独立地选自:C1~6的烷基、C6~12芳基、C7~18芳基烷基、卤素、C3~10烷基甲硅烷基、磺酸基或磺酸盐基团。
8.根据权利要求7所述的半芳香族聚酰胺,其特征在于,所述二元羧酸包括摩尔比为1:(1~10)的杂环二元羧酸与芳香族二元羧酸。
9.根据权利要求1所述的半芳香族聚酰胺,其特征在于,所述脂肪族二元胺选自C6~12脂肪族二胺。
10.根据权利要求1所述的半芳香族聚酰胺,其特征在于,所述二元胺还包括环状脂肪族二胺;所述环状脂肪族二胺选自:至少一个R05取代或未取代的C3~10环状脂肪族二胺;R05每次出现分别独立地选自:C1~4的烷基。
11.根据权利要求10所述的半芳香族聚酰胺,其特征在于,所述二元胺包括摩尔比为(1~10):1的所述脂肪族二元胺与所述环状脂肪族二胺。
12.根据权利要求1所述的半芳香族聚酰胺,其特征在于,所述二元羧酸与所述二元胺的摩尔比为1:(0.9~1.2)。
13.根据权利要求1~12任一项所述的半芳香族聚酰胺,其特征在于,所述半芳香族聚酰胺半芳香族聚酰胺的分子量,以25℃的特性粘度ηinh为指标,为1.5~7。
14.权利要求1~13任一项所述的半芳香族聚酰胺的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
将所述二元羧酸、所述二元胺以及催化剂、封端剂、水混合,进行预聚反应,制备预聚物;
将所述预聚物在惰性气体氛围下进行固相增粘处理,制备所述半芳香族聚酰胺。
15.根据权利要求14所述的半芳香族聚酰胺的制备方法,其特征在于,所述催化剂选自磷基化合物;及/或
预聚反应的条件包括:加热混合所得物料,先升温至200℃~220℃反应1~3小时;再升温至220.01℃~240℃反应2~4小时,反应过程中保持压力为2.2MPa~2.8MPa。
16.根据权利要求14或15所述的半芳香族聚酰胺的制备方法,其特征在于,固相增粘处理的条件包括:温度为230℃~260℃、真空度为50Pa~1000Pa、时间为10~20小时。
17.权利要求1~13任一项所述的半芳香族聚酰胺在树脂制品中的应用。
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