CN114835894B - 一种透明聚酰胺、包含其组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可耐受无水乙醇的透明聚酰胺,属于微晶或半结晶型透明尼龙,其通过以下组分聚合而成:己二酸;己二胺;含有环己基的二胺,选自双(4‑氨基‑环己基)甲烷和双(4‑氨基‑3甲基‑环己基)甲烷;二酸单体,选自对苯二甲酸、间苯二甲酸和十二酸。本发明还涉及由本发明的组合物组成的制品,如板材、片材、管材、型材、薄膜,或通过注塑得到的制品。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚酰胺以及基于聚酰胺的透明组合物及其制备方法和用途。所述聚合物具有对无水乙醇具有优异的耐受能力。
背景技术
术语“透明”此处指的是当组合物制成1mm厚度板材或者样片时,根据ASTM D1003透光率至少88%。术语“无定型”指的是根据ISO 11357-3-2011塑料-差示扫描量热法(DSC)方法进行测试,熔融峰总面积得到的值小于1.0J/g。术语“PACM”表示双(4-氨基-环己基)甲烷,术语“MACM”表示双(4-氨基-3甲基-环己基)甲烷。
相对于传统的玻璃等透明物质,透明塑料具有更低的密度和更好的耐冲击性能,良好的可加工性使得透明塑料可以制造复杂形状的制品。透明聚酰胺与传统热塑性透明塑料PC、透明ABS和PMMA相比,具有更好的耐应力开裂性能和更小的密度,在很多领域得到大量使用,比如镜片、照明部件、镜片、光学设备等。然而透明聚酰胺也有其固有缺陷,目前已知的透明聚酰胺主要为无定型非结晶结构,如MACM12、MACMI/12等,避免了结晶区域对光线散射造成不透明,但是经过无水乙醇浸泡后制品会有透明度下降以及应力开裂问题,往往需要物理共混入其它结晶性聚合物才能得到需要的耐化学性能。此外,以上透明聚合物采用的含有环己烷结构的单体相对于己二酸、己二胺、对苯二甲酸和间苯二甲酸等常规单体价格更为昂贵,限制了其应用范围。基于常规单体己二酸和己二胺的聚酰胺66材料耐化性能好,然而材料不透明。
申请内容
为了克服现有技术的不足,本申请提供了一种共聚透明尼龙及其制备方法,该共聚透明尼龙具有至少70℃玻璃化转变温度,具有优异的耐无水乙醇能力,由下述组分聚合而成:
(A)己二酸;
(B)己二胺;
(C)含有环己基的二胺,选自双(4-氨基-环己基)甲烷和双(4-氨基-3甲基-环己基)甲烷;
(D)一种二酸单体,选自对苯二甲酸、间苯二甲酸和十二酸;
根据ISO 11357-3-2011塑料-差示扫描量热法(DSC)方法进行测试,该材料属于微晶或半结晶型透明聚酰胺,具有清晰的熔融峰温度。优选地,所述的熔融峰温度不低于200、220、240℃。
优选的,所述的共聚透明尼龙的玻璃化转变温度至少为80、90、100℃。
优选地,相对于100%重量的透明聚酰胺,当所述组分(D)选自对苯二甲酸和间苯二甲酸时,所述组分(A)和(B)总质量分数为75-92%,优选为80-90%,所述组分(C)和(D)总质量分数为8-25%,优选为10-20%;当所述组分(D)选自十二酸时,所述组分(A)和(B)总质量分数为60-92%,优选为65-90%,所述组分(C)和(D)总质量分数为8-40%,优选为10-35%;这意味着本申请提供的透明聚合物有至少65%单体来自于己二酸和己二胺这两种常规易得单体,通过引入部分环状单体可以克服聚酰胺66不透明的缺点,同时具有对无水乙醇的优异耐受能力。
优选地,二羧酸的摩尔量的总和与二胺的摩尔量的总和比例为1.04:1至1:1.04,优选为1.02:1至1:1.02。
优选地,所述组分(A)和(B)的摩尔比例为1.05:1至1:1.05,优选为1.02:1至1:1.02;所述组分(C)和(D)的摩尔比例为1.05:1至1:1.05,优选为1.02:1至1:1.02。
本发明所述的聚酰胺模塑料制成的标准测试样对应的透明的模塑件和挤出物件,在经受至少96小时23℃无水乙醇浸泡后,无裂痕产生,并且采用ISO3167 1A型号样条在应力治具(拱形弧高度10mm,弧长170mm)固定状态下浸泡后也无裂痕。
优选地,本发明所制备的透明聚酰胺,制成1mm厚度板材或者样片时,根据ASTMD1003透光率不低于88%,优选地,透光率不低于90%。
本发明还提供包含前述聚酰胺的组合物,其包含:
(E)40-100%重量通过前述的至少一种透明聚酰胺,
(F)0-60%重量的至少一种其它聚合物,选自非晶或者半结晶的均聚或共聚酰胺,或它们的混合物;
(G)0-5%重量常规添加剂,选自流动助剂、润滑剂、脱模剂、颜料、增塑剂、热稳定剂、紫外线稳定剂、自由基清除剂、加工助剂、荧光增白剂、抗静电剂、抗冲改性剂、用于影响折射率的功能性添加剂、纳米级填料或其混合物;
其中组分E至G总共100%重量。
本发明还提供前述组合物形成的制品,如板材、薄膜、片材、型材、管材,或通过注塑获得的制品。
所述的制品用于在电子电气特别是便携式电子装置如移动电话、智能手表、智能手环、便携式电脑、游戏机、VR眼镜、平板电脑、照相机等;汽车内外饰高光部件;运动器材;眼镜;电子烟;食品用具;休闲;玩具;测量和控制技术领域。
本申请另一方面提供了一种聚酰胺的制备方法,包括如下步骤:
1)将组分(A)、组分(B)、组分(C)和组分(D)加入去离子水后进行预成盐后输入聚合釜,或者直接输入聚合釜中,加入任何添加剂后在所述聚合釜中加热搅拌进行脱水反应,比如加入用于加速聚合反应的合适的催化剂是含磷的酸,例如H3PO2、H3PO3、H3PO4及其盐或者有机衍生物;
2)进行反应后,注入氮气排出反应生成的水分,然后再加压排出聚酰胺熔体,熔体通过模头铸带成型,经冷却切粒而得。
在聚合反应中通过加热搅拌、并进行脱水反应可使得短时间内高效率地将水排出反应体系,以提高反应速率,促进酰胺键的生成以形成所需的分子量。相对粘度和分子量可以以已知的方式来调节。
模制件、挤出制件和吹塑制件可以通过用于聚酰胺的标准加工技术进行生产。比如模制件可以通过具有标准3段螺杆的常规注塑机中,在250-300℃的机筒温度下进行的。模具温度设定为10-60℃,优选10-40℃。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案,但不构成对本申请的任何限制。
1.测试方法
本申请的范围内使用以下测试方法:
熔融焓值:根据ISO 11357-3-2011塑料-差示扫描量热法(DSC)方法进行测试。
耐化性:将样条浸泡在23C无水乙醇中,96小时后观察样条是否有裂痕。
聚酰胺和玻纤混合可采用可以通过用于聚酰胺的标准加工技术实施,比如在本发明中采用长径比48的双螺杆挤出机,螺杆直径为30mm,挤出机筒温度设定为240-290℃,共混后混合物料条经水槽冷却后切粒。
以下对于本申请的聚酰胺及其制备方法利用实施例进行详细的说明,实施例中的原料皆可通过市售获得。本申请中的实施例1-8和对比例1-10采用以下方法获得:
1)在50L带有搅拌器的自动控制聚合釜中加入10kg去离子水,然后依次加入(A)和(B)的混合物,(C)和(D)的混合物,在聚合釜的压力为20bar、温度为280℃下进行脱水反应;
2)进行反应后,注入氮气排出反应生成的水分,然后再加压排出聚酰胺熔体,熔体通过模头铸带成型,经冷却切粒而得。
实施例1
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物20kg,摩尔比为1:1的PACM和对苯二甲酸的混合物5kg。
实施例2
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物22.5kg,摩尔比为1:1的PACM和对苯二甲酸的混合物2.5kg。
实施例3
一种聚酰胺,其单体为摩尔比为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物21.25kg,摩尔比为1:1的PACM和间苯二甲酸的混合物3.75kg。
实施例4
一种聚酰胺,其单体为摩尔比为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物20kg,摩尔比为1:1的MACM和对苯二甲酸的混合物5kg。
实施例5
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物22.5kg,摩尔比为1:1的MACM和对苯二甲酸的混合物2.5kg。
实施例6
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物16.25kg,摩尔比为1:1的PACM和十二酸的混合物8.75kg。
实施例7
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物22.5kg,摩尔比为1:1的PACM和十二酸的混合物2.5kg。
实施例8
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物21.25kg,摩尔比为1:1的MACM和十二酸的混合物3.75kg。
对比例1
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物18kg,摩尔比为1:1的PACM和对苯二甲酸的混合物7kg。
对比例2
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物23.5kg,摩尔比为1:1的PACM和对苯二甲酸的混合物1.5kg。
对比例3
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物18kg,摩尔比为1:1的MACM和对苯二甲酸的混合物7kg。
对比例4
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物23.5kg,摩尔比为1:1的MACM和对苯二甲酸的混合物1.5kg。
对比例5
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物18kg,摩尔比为1:1的PACM和间苯二甲酸的混合物7kg。
对比例6
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物23.5kg,摩尔比为1:1的PACM和间苯二甲酸的混合物1.5kg。
对比例7
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物14.5kg,摩尔比为1:1的PACM和十二酸的混合物10.5kg。
对比例8
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物23.5kg,摩尔比为1:1的PACM和十二酸的混合物1.5kg。
对比例9
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物14.5kg,摩尔比为1:1的MACM和十二酸的混合物10.5kg。
对比例10
一种聚酰胺,其单体为摩尔比1:1的己二胺和己二酸的混合物23.5kg,摩尔比为1:1的MACM和十二酸的混合物1.5kg。
对比例11
聚酰胺66切片,市面购买牌号为杜邦101。
对比例12
MACM12切片,市面购买牌号为EMS TR 90。
对比例13
MACMI/12切片,市面购买牌号为EMS TR 55。
表1实施例1~8和对比例1~10的各性能测试结果
无水乙醇耐受力 | 透光率% | 熔融峰值温度℃ | 玻璃化转变温度℃ | |
实施例1 | OK | 92 | 240 | 75 |
实施例2 | OK | 88 | 250 | 76 |
实施例3 | OK | 91 | 238 | 72 |
实施例4 | OK | 92 | 220 | 78 |
实施例5 | OK | 86 | 245 | 72 |
实施例6 | OK | 92 | 202 | 82 |
实施例7 | OK | 88 | 252 | 70 |
实施例8 | OK | 90 | 230 | 74 |
对比例1 | 轻微开裂 | 90 | - | 82 |
对比例2 | OK | 75 | 253 | 68 |
对比例3 | 溶胀/开裂 | 91 | - | 85 |
对比例4 | OK | 80 | 251 | 69 |
对比例5 | 溶胀/开裂 | 92 | - | 83 |
对比例6 | OK | 84 | 252 | 68 |
对比例7 | 溶胀/开裂 | 90 | - | 90 |
对比例8 | OK | 70 | 253 | 65 |
对比例9 | 溶胀/开裂 | 90 | - | 92 |
对比例10 | OK | 76 | 251 | 67 |
对比例11 | OK | 45 | 261 | 70 |
对比例12 | 溶胀/开裂 | 92 | - | 152 |
对比例13 | 溶胀/开裂 | 91 | - | 160 |
由表1可知,采用本申请的聚酰胺改善了PA66透明度不足的缺点,相对于MACM12和MACMI/12等透明聚酰胺具有改善的耐无水乙醇性能。
应当指出,以上具体实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围,在阅读了本申请之后,在本申请保护范围的宗旨内,本领域技术人员对本申请的各种等价形式的修改,如对各组分的含量的替换,脂肪族二元胺,芳香二元酸等物质具体组分的替换,制备参数的调整等应均落入本申请所附权利要求限定的范围。
Claims (6)
1.一种透明聚酰胺,具有至少 70 oC 玻璃化转变温度,可耐受无水乙醇,由下述组分聚合而成:
(A)己二酸;
(B)己二胺;
(C)含有环己基的二胺,选自双(4-氨基-环己基)甲烷和双(4-氨基-3-甲基
-环己基)甲烷;
(D)一种二酸单体,选自十二二酸;
根据ISO 11357-3-2011 塑料-差示扫描量热法(DSC)方法进行测试,所述聚酰胺属于微晶或半结晶型透明聚酰胺,具有清晰的熔融峰温度;
所述组分(A)和(B)总质量分数为 65-90%,所述组分(C)和(D)总质量分数为 10-35%;所述组分(A)和(B) 的摩尔比例为 1.02:1 至 1:1.02;所述组分(C)和(D)的摩尔比例为1.02:1 至 1:1.02。
2.如权利要求 1 所述的透明聚酰胺,其特征在于,所述的聚酰胺模塑料制成的标准测试样对应的透明的模塑件和挤出物件,在经受至少 96 小时 23 oC 无水乙醇浸泡后,无裂痕产生,并且采用 ISO 3167 1A 型号样条在应力治具,所述应力治具的拱形弧高度 10mm,弧长 170mm,固定状态下浸泡后也无裂痕。
3.如权利要求 1或2所述的透明聚酰胺,制成 1 mm 厚度板材或者样片时, 根据 ASTMD1003 透光率不低于88%。
4.组合物,其包含:
(E)40-100%重量通过根据权利要求 1-3任一项得到的一种透明聚酰胺,
(F)0-60%重量的至少一种其它聚合物,选自非晶或者半结晶的均聚或共聚酰胺,或它们的混合物;
(G)0-5%重量常规添加剂,选自流动助剂、润滑剂、脱模剂、颜料、增塑剂、热稳定剂、紫外线稳定剂、自由基清除剂、荧光增白剂、抗静电剂、抗冲改性剂、用于影响折射率的功能性添加剂、纳米级填料或其混合物;
其中组分(E) 至 (G) 总共 100%重量,所述组分(F)和(G)的重量不同时为0。
5.权利要求 4所述的组合物形成的制品,包括板材、薄膜、片材、管材,或通过注塑获得的制品。
6.权利要求 5所述的制品在电子电气领域、汽车内外饰高光部件、运动器材、眼镜、食品用具、玩具、测量和控制技术领域的用途,所述电子电气领域包括便携式电子装置,所述便携式电子装置包括移动电话、智能手表、智能手环、便携式电脑、游戏机、VR 眼镜、照相机、电子烟。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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