CN116515103A - 一种低吸水耐高温共聚尼龙及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种低吸水耐高温共聚尼龙,具备通式(Ⅰ)、通式(Ⅱ)和通式(Ⅲ)的结构单元,能高耐温,同时具备低吸水率,材料不易变形,稳定性更好。

Description

一种低吸水耐高温共聚尼龙及其制备方法
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域,具体涉及一种低吸水耐高温共聚尼龙。
背景技术
尼龙是应用最为广泛的工程塑料,广泛应用在电子电器、纤维服装等诸多领域。特别的,对于电子电器等领域的应用,由于其系统越来越集成,对耐温要求越来越高。为了提高尼龙的耐温性能,DMS公司开发了PA46,得到了超过290℃的熔点,但材料的吸水率增加,导致材料的尺寸稳定性不好。
半芳香族尼龙由于其更好的耐温性能,受到市场的关注。其中最主要的单体为芳香族单体对苯二甲酸,被广泛应用于高温尼龙的分子结构中。水溶性好的短链二元胺来源广泛,聚合过程相对于长链二元胺更为方便,被广泛用于制备尼龙盐。但制得的半芳香族尼龙吸水率高,导致应用于电子电器领域时电性能不好,吸水后的材料尺寸稳定性不好,不易加工。
发明内容
本发明针对上述技术问题,提出了一种低吸水耐高温共聚尼龙,能高耐温,同时具备低吸水率,材料不易变形,稳定性更好。
为了实现上述发明目的,本发明采用的技术方案是:
一种低吸水耐高温共聚尼龙,该共聚尼龙包括以下通式(Ⅰ)、通式(Ⅱ)和通式(Ⅲ)表示的结构单元:
通式(Ⅰ):-CO(CH2)n NH-
通式(Ⅱ):-NH(CH2)m NH -
通式(Ⅲ):
其中,n为10或11,m为2~6的整数。
本发明共聚尼龙中的通式(Ⅰ)结构单元是长链的氨基酸结构,其酰胺键密度低,具有很低的吸水率,与通式(Ⅱ)和(Ⅲ)以酰胺键链接,得到熔点280摄氏度以上,吸水率低于PA6T的低吸水高温共聚尼龙。另外,由于分子结构中的长链氨基酸和半芳香单元分别为软段和硬段,两种不同性能的单元组合,软段能够吸收冲击过程中的能量,硬段提供材料结构中的刚性和强度,从而提高材料整体的抗冲击性能,韧性优于同样熔点的半芳香尼龙。
本发明所述通式(Ⅰ)、通式(Ⅱ)和通式(Ⅲ)的结构单元数的比例为1 : 0.6~5 :0.6~5,在该比例下能得到高耐温和低吸水率的共聚尼龙。
优选地,所述通式(Ⅰ)、通式(Ⅱ)和通式(Ⅲ)的结构单元数的比例为1 : 1.5~4 :1.5~4。
本发明的共聚尼龙的熔点不低于280℃。
本发明还提供了该低吸水耐高温共聚尼龙的制备方法,将对苯二甲酸均匀分散到熔融的PA11和/或PA12中,然后加入二元胺,分散均匀后发生聚合反应,得到共聚尼龙。可根据实际需求通过控制反应时间来调节共聚尼龙的分子量。
在原料中加入聚酰胺树脂PA12、PA11,是长链的氨基酸结构,酰胺键密度低,具有很低的吸水率,并且,可作为一种反应性的分散体系将对苯二甲酸和二元胺单体均匀稳定的分散于体系之中,避免加入大量的水,省去了水溶液中制备尼龙盐的制备步骤。
优选地,所述二元胺为2~6个碳原子的脂肪族二元胺。
优选地,原料在连续混合输送装置中聚合反应,实现连续化反应。
进一步优选地,所述连续混合输送装置为螺杆挤出装置。
由于聚酰胺树脂的加入,分散体系具有了一定的熔点和粘度,能够适应螺杆挤出设备的应用,从而使得物料混合分散过程可以在螺杆挤出设备中进行,充分发挥螺杆挤出设备传热和分散效率高的优势。
因为螺杆设备良好的密封性能和耐压性能,可以保证即使体系内温度超过了二元胺原料的沸点的情况下依然可以混合良好,且二元胺几乎没有损失。并且螺杆挤出装置散热效率突出,能够快速分散二元胺和二元酸结合时产生的热量,不会导致体系内局部温度失控,导致物料分解,颜色变深。
本发明的有益效果在于:
1、本发明的共聚尼龙含有长链的氨基酸单元和半芳香单元,较现有的半芳香高温尼龙的酰胺键密度更低,具备高耐温性能的同时,还具有低吸水率,材料尺寸稳定性更好,更易于加工。同时,结构中的氨基酸单元为软段,半芳香单元为硬段,两种不同性能的单元组合,软段能够吸收冲击过程中的能量,硬段提供材料结构中的刚性和强度,从而提高材料整体的抗冲击性能,韧性优于同样熔点的半芳香尼龙。
2、单体原料采用2~6个碳原子的短链二元胺就可以得到高耐温和低吸水率的共聚尼龙,原料来源灵活。
3、制备方法采用聚酰胺树脂PA11和PA12作为反应的分散性介质,原料易得,且聚合过程不需要在水或者小分子有机溶剂中制备尼龙盐,绿色环保。
具体实施方式
为了更加清楚、详细地说明本发明的目的技术方案,下面通过相关实施例对本发明进行进一步描述。以下实施例仅为具体说明本发明的实施方法,并不限定本发明的保护范围。
一种低吸水耐高温共聚尼龙,该共聚尼龙包括以下通式(Ⅰ)、通式(Ⅱ)和通式(Ⅲ)表示的结构单元:
通式(Ⅰ):-CO(CH2)n NH-
通式(Ⅱ):-NH(CH2)m NH -
通式(Ⅲ):
其中,n为10或11,m为2~6的整数。
本发明制得的共聚尼龙如下:
缺口冲击强度的测试方法参照ISO180所述缺口冲击强度的测试方法;
熔点为DSC在升温速率20℃/min条件下的熔融峰值温度。
作为对比,下表列举了商业化的常见尼龙的性能数据:
由上面的两个列表数据可以看出,本发明所述结构的共聚尼龙产品,可以在满足耐温熔点超过310℃的条件下,达到缺口冲击强度10以上,并且吸水率控制在0.35%以下,传统方法制备的尼龙产品,无法同时满足上述三个性能。现有的高耐温的尼龙产品缺口冲击强度低,长链的尼龙熔点低,普通的PA66和PA56吸水率高,且耐温不高。即使是利用长链的癸二胺和十二烷二胺制备的PA6T/10T和PA6T/12T,为了达到和本发明结构的尼龙接近的熔点,吸水率和冲击强度方面的性能依然差距明显。
目前电子电器产品应用于潮湿环境时,需要低的吸水率。产品越来越小,散热困难,需要更高的耐温,同时移动设备需要适应各种碰撞的环境。含有本发明通式结构的共聚尼龙中既有长链的软段结构PA12,也有硬段结构6T,两者协同作用,不仅具有高耐温性,并且吸水率更低,缺口冲击强度更高,材料不易变形,韧性好,稳定性更好,是能满足上述应用需求的新材料,具有广阔的应用空间。
本发明共聚尼龙的制备方法:将对苯二甲酸均匀分散到熔融的PA11和/或PA12中,然后加入二元胺,分散均匀后发生聚合反应,得到共聚尼龙。制得的共聚尼龙中含11-12个碳原子的氨基酸长链。
本发明的共聚尼龙也可采用PA6T和PA11、PA12尼龙通过传统的共聚反应制得,但需要先经单体制PA6T的尼龙盐工艺,反应时间长,耗水量大。以易得的聚酰胺原料PA11和PA12直接作为反应的分散性介质,原料易得,且聚合过程不需要在水或者小分子有机溶剂中制备尼龙盐,绿色环保。
进一步地,本发明采用PA12为原料聚合物,使用对苯二甲酸和不同的二元胺共聚,得到了一系列产品。
实施例5
将一定比例摩尔比1:5的PA12和对苯二甲酸单体在双螺杆挤出装置中混合均匀,使得对苯二甲酸分散到熔融的长链尼龙中,连续输送过程中加入与对苯二甲酸摩尔比1.03倍的戊二胺,混合均匀后发生聚合反应,在装置中保持温度280-320℃,停留30分钟,得到单元结构满足要求的共聚尼龙。
实施例6
将一定比例摩尔比1:2.8的PA12和对苯二甲酸单体在双螺杆挤出装置中混合均匀,使得对苯二甲酸分散到熔融的长链尼龙中,连续输送过程中加入与对苯二甲酸摩尔比1.03倍的乙二胺,混合均匀后发生聚合反应,在装置中保持温度280-320℃,停留30分钟,得到单元结构满足要求的共聚尼龙。
实施例7
将一定比例摩尔比1:1.5的PA12和对苯二甲酸单体在双螺杆挤出装置中混合均匀,使得对苯二甲酸分散到熔融的长链尼龙中,连续输送过程中加入与对苯二甲酸摩尔比1.03倍的丙二胺,混合均匀后发生聚合反应,在装置中保持温度280-320℃,停留30分钟,得到单元结构满足要求的共聚尼龙。
实施例8
将一定比例摩尔比1:0.8的PA12和对苯二甲酸单体在双螺杆挤出装置中混合均匀,使得对苯二甲酸分散到熔融的长链尼龙中,连续输送过程中加入与对苯二甲酸摩尔比1.03倍的丁二胺,混合均匀后发生聚合反应,在装置中保持温度280-320℃,停留30分钟,得到单元结构满足要求的共聚尼龙。
实施例5-8的共聚尼龙性能数据如下表:
当结构单元(Ⅱ)、(Ⅲ)与(Ⅰ)的比例超过5:1时,熔点超过335℃,已经接近尼龙的分解温度,继续提高比例没有实际应用意义;低于0.6:1时,熔点低于280℃,不满足耐高温的要求。因此,本发明将结构单元数的比例控制在1 : 0.6~5 : 0.6~5,符合实际应用需求,特别在1 : 1.5~4 : 1.5~4的综合性能最佳。
实施例9
将一定比例摩尔比1:1.6的PA12和对苯二甲酸单体在双螺杆挤出装置中混合均匀,使得对苯二甲酸分散到熔融的长链尼龙中,连续输送过程中加入与对苯二甲酸摩尔比1.03倍的己二胺和癸二胺混合物,其中己二胺和癸二胺的摩尔比为5:1,混合均匀后发生聚合反应,在装置中保持温度280-320℃,停留30分钟,得到单元结构满足要求的共聚尼龙,产品熔点为301℃,吸水率0.28%,缺口冲击强度15。
在本发明的聚酰胺结构基础上,还可以进一步与其它小分子单体共聚,得到同样性能的共聚尼龙,但是从经济性和工艺的便捷性来说,只要包含有本发明通式单元结构的聚合物分子,结构单元(Ⅰ)的长链比例达到5%以上,均可以得到高熔点、低吸水和耐冲击的尼龙聚合物,可根据具体需求调整投料比例。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。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。

Claims (8)

1.一种低吸水耐高温共聚尼龙,其特征在于:该共聚尼龙包括下述通式(Ⅰ)、通式(Ⅱ)和通式(Ⅲ)表示的结构单元:
通式(Ⅰ):-CO(CH2)n NH-
通式(Ⅱ):-NH(CH2)m NH -
通式(Ⅲ):
其中,n为10或11,m为2-6的整数。
2.根据权利要求1所述低吸水耐高温共聚尼龙,其特征在于:所述通式(Ⅰ)、通式(Ⅱ)和通式(Ⅲ)的结构单元数的比例为1 : 0.6~5 : 0.6~5。
3.根据权利要求2所述低吸水耐高温共聚尼龙,其特征在于:所述通式(Ⅰ)、通式(Ⅱ)和通式(Ⅲ)的结构单元数的比例为1 : 1.5~4 : 1.5~4。
4.根据权利要求2所述低吸水耐高温共聚尼龙,其特征在于:该共聚尼龙的熔点不低于280℃。
5.根据权利要求1所述低吸水耐高温共聚尼龙的制备方法,其特征在于:将对苯二甲酸均匀分散到熔融的PA11和/或PA12中,然后加入二元胺,分散均匀后发生聚合反应,得到共聚尼龙。
6.根据权利要求5所述低吸水耐高温共聚尼龙的制备方法,其特征在于:所述二元胺为2~6个碳原子的脂肪族二元胺。
7.根据权利要求5所述低吸水耐高温共聚尼龙的制备方法,其特征在于:原料在连续混合输送装置中聚合反应。
8.根据权利要求7所述低吸水耐高温共聚尼龙的制备方法,其特征在于:所述连续混合输送装置为螺杆挤出装置。
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