CN114773838B - 一种3-苯基-2丙烯酸结构类化合物在耐候聚酰胺材料中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3‑苯基‑2丙烯酸结构类化合物在耐候聚酰胺材料中的应用，涉及高分子材料技术领域。本发明通过在聚酰胺材料中添加3‑苯基‑2‑丙烯酸结构类化合物，有效提升了聚酰胺材料的耐候性，并且3‑苯基‑2‑丙烯酸结构类化合物的添加不会对聚酰胺材料的初始力学性能产生较大的影响，可以保证制备的聚酰胺材料兼具良好的耐候性和力学性能，适于在汽车内外饰件领域中应用。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种3-苯基-2丙烯酸结构类化合物在耐候聚酰胺材料中的应用。
背景技术
聚酰胺，又称尼龙，是四大工程材料之一。由于其优异的力学性能，被广泛应用于汽车、电器、通讯、电子和机械等产业中。其中一部分用于制作对外观包括颜色等有要求的产品，这些产品普遍都会受到阳光照射，所以对其耐候性都有一定的要求，然而尼龙普遍耐候性能较差，所以目前都需要添加一定量的耐候剂来实现其耐候性能。但目前对于一些长期暴露在阳光中的产品，其耐候性要求较高，而按照目前的耐候改善方法，难以达到高耐候要求，部分改善方法在提高耐候性的同时会大幅削减材料的力学性能，得不偿失。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种3-苯基-2丙烯酸结构类化合物在耐候聚酰胺材料中的应用。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种3-苯基-2-丙烯酸结构类化合物在耐候聚酰胺材料中的应用，所述3-苯基-2-丙烯酸结构类化合物的结构式如下：。
其中，X1、X2、X3分别为氢基、烷基、烷氧基、卤素中的任意一种，X1、X2、X3为同种或不同种。
本申请发明人通过实验发现，3-苯基-2-丙烯酸结构类化合物可以与聚酰胺树脂的端氨基反应，实现材料的封端；在光照条件下，3-苯基-2-丙烯酸结构类化合物会发生加成反应，令原本降解的聚酰胺材料的分子量得到一定程度的提升，改善聚酰胺材料的力学性能。相比于紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂等常规耐候剂，对聚酰胺材料力学性能的影响较小。
优选地，所述聚酰胺材料包含如下重量份的成分：聚酰胺树脂40～95份、耐候剂1～6份、增强剂0～60份、助剂0.4～1份和颜料0～2份；所述耐候剂包含3-苯基-2-丙烯酸结构类化合物。以上述配方制备的聚酰胺材料可以满足汽车内饰件的耐候性要求。
优选地，所述耐候剂还含有紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂。3-苯基-2-丙烯酸结构类化合物与紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂复配可以协同提升聚酰胺材料的耐候性，相比于单一成分的耐候剂，达到相同耐候性所需的用量更少，进而可以降低耐候剂对聚酰胺材料力学性能的影响程度，并且能减少成本，具有较高的经济价值。
优选地，所述耐候剂中紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂的总重量份为0.1～1份。紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂的用量过多会削弱聚酰胺材料的力学性能，过少，对耐候性的改进效果不明显。
优选地，所述聚酰胺树脂的端部基团中氨基的摩尔百分含量≥50％，将聚酰胺树脂切片溶解在三氟乙醇中，用电位滴定法检测端氨基，所述聚酰胺树脂为PA66、PA56、PA612等中的至少一种。当端氨基的含量符合上述限定时才能保证有足够的氨基与3-苯基-2-丙烯酸结构类化合物反应。
优选地，所述增强剂为玻璃纤维、玻璃微珠、矿物填料中的至少一种。
进一步优选地，所述增强剂为玻璃纤维，相比于其他两种增强剂，制备出的聚酰胺材料的力学性能最好。
优选地，所述助剂为润滑剂、抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂为硬脂酸钙、聚乙烯石蜡等，所述抗氧剂为酚类抗氧剂，如抗氧剂1098等。
同时，本发明还公开了一种所述耐候聚酰胺材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比将各组分混合均匀；
(2)将混合均匀的物料加入挤出机中，熔融共混、挤出造粒，得到所述耐候聚酰胺材料。
此外，本发明还公开了所述耐候聚酰胺材料在汽车内外饰件中的应用。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：本发明提供了一种新的适用于聚酰胺材料的耐候剂——3-苯基-2-丙烯酸结构类化合物。使用所述耐候剂的聚酰胺材料适于用作汽车内饰件，可以满足汽车内饰件所需的耐候性。此外，本发明还公开了3-苯基-2-丙烯酸结构类化合物与常规耐候剂紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂可以协同作用，大幅提升聚酰胺材料的耐候性；上述三种耐候剂复配后制备的聚酰胺材料可以满足作为汽车外饰件所需的耐候性要求，同时具有较高的力学性能。本发明为耐候聚酰胺材料的制备提供了新的思路。
具体实施方式
为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。
实施例和对比例中使用的材料如下：
聚酰胺树脂1：PA66，端部基团中氨基的摩尔百分含量为50％，英威达U4800；
聚酰胺树脂2：PA66，端部基团中氨基的摩尔百分含量为75％，华峰EP-158N；
聚酰胺树脂3：PA66，端部基团中氨基的摩尔百分含量为40％，洁达MTR670；
聚酰胺树脂4：PA6，端部基团中氨基的摩尔百分含量为50％，海阳HY-2800A；
聚酰胺树脂5：PA56，端部基团中氨基的摩尔百分含量为50％，上海凯赛E-2260；
聚酰胺树脂6：PA612，端部基团中氨基的摩尔百分含量为50％，山东广垠A150；
助剂：润滑剂硬脂酸锌和抗氧剂1098，质量比为1:1，发基和三丰化工；
增强剂1：玻璃纤维ECS10-3-568H，巨石玻纤；
增强剂2：高岭土CMP-1，中国高岭土；
增强剂3：玻璃微珠MB50-002，道康宁；
耐候剂1：3-苯基-2-丙烯酸，上海吉至生化科技有限公司；
耐候剂2：紫外线吸收剂2-(2'-羟基-3',5'双(a,a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑，市售；受阻胺光稳定剂聚-{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)-亚氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][2-(2,2,6,6-四甲基哌啶基)-氨基]-亚己基-[4-(2,2,6,6-四甲基哌啶基)-亚氨基]}，市售；紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂的质量比为1:1；
耐候剂3：3-(4-氯苯基)-2-丙烯酸，上海吉至生化科技有限公司；
耐候剂4：3-(2-甲基)-2-丙烯酸，上海吉至生化科技有限公司；
蒽，市售。
颜料：含炭黑黑色着色剂(黑种)，市售。
实施例和对比例中使用的耐候剂2、颜料均为同种市售材料。
实施例1
本发明所述耐候聚酰胺材料的一种实施例，本实施例所述耐候聚酰胺材料含有如下重量份的成分：聚酰胺树脂1 60份、耐候剂1 2份、增强剂1 35份、助剂0.5份、黑种1份。所述耐候聚酰胺材料的制备方法为：将上述成分混合均匀，加入双螺杆挤出机中，熔融共混、挤出造粒，熔融温度为270℃，得到所述耐候聚酰胺材料。
实施例2
本发明所述耐候聚酰胺材料的一种实施例，本实施例所述耐候聚酰胺材料与实施例1的区别在于，耐候剂1的重量份为1份，还含有耐候剂2 0.1份。
实施例3～5
本发明所述耐候聚酰胺材料的实施例，实施例3～5所述耐候聚酰胺材料与实施例2的区别在于，耐候剂2的重量份分别为0.5份、1份、1.2份。
对比例1
一种耐候聚酰胺材料，所述耐候聚酰胺材料与实施例1的区别仅在于，耐候剂1的重量份为7份。
对比例2
一种耐候聚酰胺材料，所述耐候聚酰胺材料与实施例1的区别仅在于，以耐候剂2替代了耐候剂1。
对实施例1～5、对比例1～2的力学性能和耐候性进行测试，测试标准如下，测试结果如表1所示。
拉伸强度：ISO 527-2-2012，5mm/min；
缺口冲击强度：ISO 179-1-2010，23℃；
耐候性能参照SAE J2527-2004(汽车外饰件)进行测试：2500kJ/m2；具体条件如下：
滤光器：Quartz/Borosilicate type S；
光照阶段：辐照度：0.55W/m2@340nm；黑板温度：70℃；
箱体温度：47℃；相对湿度：50％；
黑种阶段：黑板温度：38℃，箱体温度：38℃，相对湿度：95％；
循环设置：阶段1：光照，40min，无喷淋；
阶段2：光照，20min，正面喷淋；
阶段3：光照，60min，无喷淋；
阶段4：黑暗，60min，正反面喷淋。
色差采用色差仪检测，同时按照GB/T 250-2008评价灰度等级：色差越小，灰度等级值越高，表示材料的耐候性能越好。
表1
由表1可知，3-苯基-2-丙烯酸可以作为聚酰胺材料的耐候剂，其对聚酰胺材料耐候性的改善效果与本领域常用的耐候剂相当，对聚酰胺材料力学性能的影响更小。此外，对比实施例2～4和实施例1、对比例2的测试结果可知，耐候剂1与耐候剂2复配可以协同提升聚酰胺材料的耐候性，将少量的耐候剂1和耐候剂2复配，则可以达到更加显著的耐候效果，相比于传统的耐候剂，材料力学性能的保持率更加优异，这是因为两种耐候剂之间相互协同，耐候剂1负责将2个断链的聚酰胺分子链相连接，耐候剂2负责捕捉光照产生的自由基，尽可能地抑制材料降解，从而在一定程度上，对分子链有一定的扩链作用，所以性能保持率优异。实施例5中由于耐候剂2的用量过高，导致材料初始力学性能的下降幅度相对较大。对比例1中由于耐候剂1的用量过高，导致材料的初始力学性能相对较差。
实施例6～9
本发明所述耐候聚酰胺材料的实施例，实施例6～9的配方如表2所示，制备方法与实施例1相同。
表2(重量份)
| 项目 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 |
| 聚酰胺树脂1 | 40 | 50 | 75 | 95 |
| 耐候剂1 | 1 | 2 | 4 | 6 |
| 增强剂1 | 0 | 30 | 50 | 60 |
| 助剂 | 0.4 | 0.5 | 0.8 | 1 |
| 黑种 | 0 | 0.5 | 1 | 2 |
实施例10～14
本发明所述耐候聚酰胺材料的实施例，实施例10～14与实施例7的区别仅在于，聚酰胺树脂的种类不同，分别为聚酰胺树脂2～6。
实施例15～16
本发明所述耐候聚酰胺材料的实施例，实施例15～16与实施例7的区别仅在于，耐候剂的种类不同，分别为耐候剂3～4。
对比例3
一种聚酰胺材料，所述聚酰胺材料与实施例1的区别仅在于，以蒽替代了耐候剂1。
对实施例6～16、对比例3进行性能测试，力学性能测试方法与上述方法相同，耐候性参照SAE J2412-2015(汽车内饰件)进行测试：1500kJ/m2；具体条件如下：
滤光器：Quartz/Borosilicate type S；
光照阶段：辐照度：0.55W/m2@340nm；黑板温度：89±3℃；箱体温度：62℃；相对湿度：50±5％；
黑暗阶段：黑板温度：38℃；箱体温度：38℃；相对湿度：95％；
循环设置：228min光照；60min黑暗；
色差测试方法与上述方法相同。将结果记录在表3中。
表3
由表3可知，实施例6～16均具有良好的耐候性，在进行耐候性测试后，力学性能的保持率仍然能达到70％以上，表明本发明公开的聚酰胺材料具有良好的耐候性。对比例3中以同样具备光照开环聚合的蒽替代了耐候剂1，但从测试结果来看，对材料的耐候性并无任何帮助。
对比实施例7、10～14的测试结果可知，端氨基的比例对材料的耐候性能影响较大，实施例11由于端氨基的比例低，耐候剂1无法完成与聚酰胺主链的接枝，无法起到桥梁的左右；而端氨基比例高的聚酰胺材料，与耐候剂1充分反应，在光照开环时起到明显的扩链作用，从而保持优良的性能。
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，但并不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种耐候聚酰胺材料，其特征在于，包含如下重量份的成分：聚酰胺树脂40~95份、耐候剂2~6份、增强剂0~60份、助剂0.4~1份和颜料0~2份；所述耐候剂为3-苯基-2-丙烯酸结构类化合物、紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂，所述3-苯基-2-丙烯酸结构类化合物的结构式如下：
其中，X1、X2、X3分别为氢基、烷基、烷氧基、卤素中的任意一种，X1、X2、X3为同种或不同种；
所述聚酰胺树脂的端部基团中氨基的摩尔百分含量≥50%；
所述紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂的总重量份为0.1~1份。
2.如权利要求1所述的耐候聚酰胺材料，其特征在于，所述增强剂为玻璃纤维、玻璃微珠、矿物填料中的至少一种。
3.如权利要求2所述的耐候聚酰胺材料，其特征在于，所述增强剂为玻璃纤维。
4.如权利要求1所述的耐候聚酰胺材料，其特征在于，所述助剂为润滑剂、抗氧剂中的至少一种。
5.一种如权利要求1~4任一项所述的耐候聚酰胺材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按配比将各组分混合均匀；
（2）将混合均匀的物料加入挤出机中，熔融共混、挤出造粒，得到所述耐候聚酰胺材料。
6.一种如权利要求1~4任一项所述的耐候聚酰胺材料在汽车内外饰件中的应用。
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| CN202210298242.8A CN114773838B (zh) | 2022-03-24 | 2022-03-24 | 一种3-苯基-2丙烯酸结构类化合物在耐候聚酰胺材料中的应用 |
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| JPS53133256A (en) * | 1977-04-27 | 1978-11-20 | Ube Ind Ltd | Flame-retardant polyamide composition |
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| CN112940449A (zh) * | 2019-12-11 | 2021-06-11 | 波音公司 | 用于增材制造的可加工聚合物、方法和装置 |
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2022
- 2022-03-24 CN CN202210298242.8A patent/CN114773838B/zh active Active
Patent Citations (5)
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| JPS53133256A (en) * | 1977-04-27 | 1978-11-20 | Ube Ind Ltd | Flame-retardant polyamide composition |
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