CN114561012B - 一种芳族砜聚合物的制备方法及得到的芳族砜聚合物和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芳族砜聚合物的制备方法,其中通过调整反应单体与成盐剂的比例,并且限定成盐剂的平均粒径分布,最后通过对工艺条件的调整,能够使制备得到的芳族砜聚合物重均分子量在500‑2000g/mol之间的聚合物链的峰面积SM500‑2000占总聚合物链的峰面积SM的比例为小于1%,使得该芳族砜聚合物具有更好的耐高温老化性。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,特别是涉及一种芳族砜聚合物的制备方法及得到的芳族砜聚合物。
背景技术
芳族砜聚合物属耐高温透明热塑性工程塑料,具有突出的热性能、优良的耐化学性、出色的高温抗蠕变性,优异的尺寸稳定性、极低的烟雾和有毒气体排放,以及优越的耐热水、过热蒸汽和良好的电性能。随着芳族砜聚合物材料开发的日趋完善,其应用范围也越来越广,在航空航天、医疗卫生、食品、家用电器、电子电器、能源化工应用领域均有适用性。
由于聚芳醚砜树脂均有一定的含水量,在制品如奶瓶注塑加工过程中,通常需要在150~180℃之间干燥较长时间以除去树脂中水分,避免注塑过程由于水分产生气泡等缺陷,为此需要求树脂具有较好的耐高温老化性能,尤其是缺口冲击强度。然而,长时间高温后聚芳醚砜树脂的缺口冲击强度会有一定程度的下降。对大多工程塑料来说,通常采用增加韧性更好的材料来增强本体树脂,CN101743272添加聚砜及其它助剂来改善聚醚砜的缺口冲击强度和流动性等,采用物理共混方式实现韧性的大幅提高。从树脂本身出发提高聚芳醚砜树脂的耐高温老化性能鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种芳族砜聚合物的制备方法,使得到的芳族砜聚合物具有耐高温老化性好的优点。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种芳族砜聚合物的制备方法,包括以下步骤:
(1)成盐反应:在氮气保护的反应釜中定量加入溶剂、反应单体、成盐剂,其中,以成盐剂总重量计,粒径在1-5微米之间的成盐剂占70-80wt%、粒径在5-15微米但不包括5微米之间的成盐剂占20-29.5wt%,其他粒径成盐剂占0-0.5wt%,以摩尔比计,成盐剂与反应单体的摩尔比为1.01~1.20;采用溶液缩聚方法,先在100-120℃之间保温0.1-0.5h,再加入共沸剂,然后在180~200℃之间保持1~2h,在200~220℃之间保持3~4h,反应过程中共沸剂通过共沸不断排出反应水,直到无水排出后,成盐反应结束,蒸出共沸剂;
(2)聚合反应:蒸出共沸剂之后,反应体系在0.5h以内升温至255~260 ℃,保持2.5~3 h,得到聚合物物料;
(3)聚合后处理:将上述聚合物物料在水中沉析,粉碎后得到粉末状物料,用去离子水煮沸0.5-3h后过滤,重复数次去离子水煮沸/过滤步骤,得到芳族砜聚合物。
所述的芳族砜聚合物为聚苯砜、聚醚砜、聚砜、聚醚砜酮、聚苯硫醚砜中的至少一种。
聚苯砜的反应单体为4,4’-二氯二苯砜、4,4’-二氟二苯砜中的至少一种和4,4’-联苯二酚;聚醚砜的反应单体为4,4’-二氯二苯砜、4,4’-二氟二苯砜中的至少一种和4,4’-二羟基二苯砜;聚砜的反应单体为4,4’-二氯二苯砜、4,4’-二氟二苯砜中的至少一种和2,2’-双(4-羟基苯基)丙烷;聚醚砜酮的反应单体为4,4’-二氯二苯砜、4,4’-二氟二苯砜中的至少一种和对苯二酚;聚苯硫醚砜的反应单体为4,4’-二氯二苯砜、4,4’-二氟二苯砜中的至少一种和硫化钠。
所述的成盐剂为碱金属碳酸盐;所述的碱金属碳酸盐选自碳酸钠、碳酸钾、碳酸铷、碳酸铯中的至少一种。
所述的共沸剂选自甲苯、二甲苯中的至少一种。
所述的溶剂选自环丁砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二苯砜、二甲基亚砜中的至少一种。
溶剂的添加量为反应单体总重量2.5-3.0倍,共沸剂的添加量为反应单体总重量0.20-0.30倍。
优选的,以成盐剂总重量计,粒径在1-5微米之间的成盐剂占73-76wt%、粒径在5-15微米之间但不包括5微米的成盐剂占24-27wt%,其他粒径成盐剂占0-0.3wt%。
芳族砜聚合物的制备方法得到的芳族砜聚合物,芳族砜聚合物重均分子量在500-2000g/mol之间的聚合物链的峰面积SM500-2000占总聚合物链的峰面积SM的比例小于1%,优选小于0.5%。
本发明芳族砜聚合物的制备方法得到的芳族砜聚合物的应用,主要用于制备奶瓶瓶身
本发明具有如下有益效果:
本发明通过优化芳族砜聚合物的制备方法,具体通过选用不同粒径分布的成盐剂配比(低粒径成盐剂能够与大部分反应单体(70-80mol%)快速反应成盐、高粒径成盐剂能够在反应的过程中较为缓慢的与其他反应单体成盐)以及变动共沸剂的添加时机进一步降低成盐速度,能够稳定得到重均分子量在500-2000g/mol之间的聚合物链的峰面积SM500-2000占总聚合物链的峰面积SM的比例小于1%的芳族砜聚合物,通过实验发现,当芳族砜聚合物的重均分子量分布符合上述参数时,该芳族砜聚合物明显具有更好的耐高温老化性性能。
低分子量部分与耐高温老化性能有规律性关系,低分子量耐热性能差,在170℃空气氛围长时间停留时,分子链易出现氧化降解产生小分子或碳化物等物质,对树脂缺口冲击强度影响较大。通过实验发现,当低重均分子量>1%时,缺口冲击强度的保持率出现显著降低。
附图说明
图1:重均分子量在500~2000 g/mol之间的聚合物链的峰面积占总聚合物链的峰面积的比例示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对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。
实施例和对比例所用原材料来源如下:
4,4’-二氯二苯砜:纯度99.6%,河北建新化工;
4,4’-联苯二酚:纯度99.5%,台湾六和集团。
二甲苯:共沸剂,异构级,市售。
环丁砜:溶剂、纯度99.8%,市售。
碳酸钾:成盐剂,广州化学试剂厂,通过筛选得到不同粒径分布的碳酸钾。
各项测试方法:
(1)缺口冲击强度及170℃老化后缺口冲击强度保持率:利用注塑机注塑成标准缺口冲击样条,长80±2mm、宽4±0.2mm、高10±0.2mm,注塑温度350~360℃,常温自然冷却24h后按照国际标准ISO 180:2000测试悬臂梁缺口冲击强度M1,缺口为A型,摆锤能量2J。170℃老化测试:力学样条在170℃烘箱中空气氛围烘烤10h,常温自然冷却24h后测试缺口冲击强度M2。对比测试结果,缺口冲击强度保持率=M2/M1*100%。
(2)GPC(凝胶渗透色谱)测试:使用聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯为标准品,以四氢呋喃或N ,N-二甲基甲酰胺或氯仿为 流动相,聚合物浓度为0.1 ~ 10 mg/mL,利用凝胶渗透色谱仪测定聚合物的相对分子量。将GPC(凝胶渗透色谱)测试数据结果中的dwt/d(lgMw)与lgMw的数据对应关系利用Origin软件作图,其中横坐标为lgMw、纵坐标为dwt/d(lgMw),纵坐标起始点为0。依据Origin软件中的数据积分功能,重均分子量分布曲线与横坐标所形成的区域面积SM为1,重均分子量500~2000 g/mol之间计算的横坐标lgMw(即lg500~lg2000)所对应的积分区域面积为SM500~2000,S为SM500~2000与SM两者的比值,表示为重均分子量在500~2000 g/mol之间的聚合物链的峰面积占总聚合物链的峰面积的比例。
实施例和对比例1-4的制备方法:成盐反应:在氮气保护的反应釜中定量加入溶剂(环丁砜11.82kg)、反应单体(4,4’-二氯二苯砜2.87kg、4,4’-联苯二酚1.86kg)、成盐剂(碳酸钠),其中,以成盐剂粒径分布、用量见实施例表格;采用溶液缩聚方法,先在100-120℃之间保温0.1-0.5h,再加入共沸剂(甲苯1.18kg),然后在180~200℃之间保持1~2h,在200~220℃之间保持3~4h,反应过程中共沸剂通过共沸不断排出反应水,直到无水排出后,成盐反应结束,蒸出共沸剂;聚合反应:蒸出共沸剂之后,反应体系在0.5h以内升温至255~260 ℃,保持2.5~3 h,得到聚合物物料;聚合后处理:停止搅拌和加热,将上述聚合物物料在水中沉析成条,经破碎机粉碎后得到粉末状物料,用去离子水煮沸0.5-3h后过滤,重复数次去离子水煮沸/过滤步骤,烘干后得到芳族砜聚合物。
对比例5与实施例1的方法的区别在于共沸剂与溶剂一同加入。
表1:实施例和对比例各项数据表格
由实施例1-6可知,优选成盐剂粒径分布时,能够诱导芳族砜聚合物SM500-2000的比例小于0.5%时,缺口冲击强度保持率更好。
续表1:
由对比例1-4可知,当成盐剂的粒径分布不在本发明的范围内时,芳族砜聚合物SM500-2000的比例大于1.0%范围时,耐烘烤性能不佳。尤其是,如果通过缩小成盐剂的粒径无法充分减少芳族砜聚合物SM500-2000的比例,但是无法实现耐高温老化性的提升。
由对比例5可知,共沸剂的添加时机也是本发明的关键因素,本发明通过后加入共沸剂,能够实现前期缓慢成盐,协同本发明的成盐剂粒径分布,能够减少副反应的发生,进一步改善高温老化性的影响。
Claims (8)
1.一种芳族砜聚合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤,(1)成盐反应:在氮气保护的反应釜中定量加入溶剂、反应单体、成盐剂,其中,以成盐剂总重量计,粒径在1-5微米之间的成盐剂占70-80wt%、粒径在5-15微米之间但不包括5微米的成盐剂占20-29.5wt%,其他粒径成盐剂占0-0.5wt%,以摩尔比计,成盐剂与反应单体的摩尔比为1.01~1.20;采用溶液缩聚方法,先在100-120℃之间保温0.1-0.5h,再加入共沸剂,然后在180~200℃之间保持1~2h,在200~220℃之间保持3~4h,反应过程中共沸剂通过共沸不断排出反应水,直到无水排出后,成盐反应结束,蒸出共沸剂;
(2)聚合反应:蒸出共沸剂之后,反应体系在0.5h以内升温至255~260 ℃,保持2.5~3h,得到聚合物物料;
(3)聚合后处理:将上述聚合物物料在水中沉析,粉碎后得到粉末状物料,用去离子水煮沸0.5-3h后过滤,重复数次去离子水煮沸/过滤步骤,得到芳族砜聚合物。
2.根据权利要求1所述的芳族砜聚合物的制备方法,其特征在于,所述的芳族砜聚合物为聚苯砜、聚醚砜、聚砜、聚醚砜酮、聚苯硫醚砜中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的芳族砜聚合物的制备方法,其特征在于,聚苯砜的反应单体为4,4’-二氯二苯砜、4,4’-二氟二苯砜中的至少一种和4,4’-联苯二酚;聚醚砜的反应单体为4,4’-二氯二苯砜、4,4’-二氟二苯砜中的至少一种和4,4’-二羟基二苯砜;聚砜的反应单体为4,4’-二氯二苯砜、4,4’-二氟二苯砜中的至少一种和2,2’-双(4-羟基苯基)丙烷;聚醚砜酮的反应单体为4,4’-二氯二苯砜、4,4’-二氟二苯砜中的至少一种和对苯二酚;聚苯硫醚砜的反应单体为4,4’-二氯二苯砜、4,4’-二氟二苯砜中的至少一种和硫化钠。
4.根据权利要求1所述的芳族砜聚合物的制备方法,其特征在于,所述的成盐剂为碱金属碳酸盐;所述的碱金属碳酸盐选自碳酸钠、碳酸钾、碳酸铷、碳酸铯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的芳族砜聚合物的制备方法,其特征在于,所述的共沸剂选自甲苯、二甲苯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的芳族砜聚合物的制备方法,其特征在于,所述的溶剂选自环丁砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二苯砜、二甲基亚砜中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的芳族砜聚合物的制备方法,其特征在于,溶剂的添加量为反应单体总重量的2.5-3.0倍,共沸剂的添加量为反应单体总重量的0.20-0.30倍。
8.根据权利要求1所述的芳族砜聚合物的制备方法,其特征在于,以成盐剂总重量计,粒径在1-5微米之间的成盐剂占73-76wt%、粒径在5-15微米之间但不包括5微米的成盐剂占24-27wt%,其他粒径成盐剂占0-0.3wt%。
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