TW201910382A - 修飾劑、聚醯胺共聚物及聚醯胺共聚物的製備方法 - Google Patents

修飾劑、聚醯胺共聚物及聚醯胺共聚物的製備方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種聚醯胺共聚物合成的修飾劑,其係脂肪族二胺與第1羧酸反應的反應生成物之具有醯胺基的二胺的修飾劑或該具有醯胺基的二胺與第2羧酸反應生成的鹽的修飾劑,該具有醯胺基的二胺具有一般式(I)表示的化學式;其中y表示2~6的整數,x表示4~18的整數,第1羧酸為脂肪族二羧酸,第2羧酸為二羧酸。

Description

修飾劑、聚醯胺共聚物及聚醯胺共聚物的製備方法
本發明係關於一種修飾劑、聚醯胺共聚物及聚醯胺共聚物的製備方法,特別是關於一種尼龍的修飾劑、聚醯胺共聚物及聚醯胺共聚物的製備方法。
聚醯胺(Polyamide;PA),俗名為尼龍(Nylon)、耐隆等,是一種主鏈中含有醯胺基團(Amide group,-CO-NH-)特徵官能基的高分子,由於高分子鏈間豐富的氫鍵相互吸引,因此具有優良的機械強度、耐熱性、耐磨性、抗化性及吸濕性等性質。尼龍纖維中PA6及PA66的使用量佔其總產品的90%,其主要原料為ε-己內醯胺、己二酸及己二胺,同時也是其他尼龍系列產品的主要原料。因此,原料的生產對其未來發展產生非常關鍵的作用。
再者,低熔點的尼龍纖維可作為熱熔膠,其纖維作為熱熔絲可應用於織布、飛織鞋面、織襪、熱熔貼合等,利用兩種不同熔點的聚合物經過熱加工處理後,進而使織布定型、貼合,可提高織物的品質。熱熔絲在進行貼合處理時,相較於使用普通膠水進行貼合,其優勢在於可於車縫後進行熱處裡,加工過程中無需溶劑且省時,進而縮短製程及單位成本,符合經濟效益且環保。
於尼龍的合成所使用的單體,例如己二胺(Hexamethylenediamine,HMDA)為全球產量最多的二元胺,其中99%用於生產PA66及其系列產品。亞洲地區PA66的發展低於歐美地區,主要原因是因為己二胺的生產受限於其原料己二腈,目前全球己二腈的先進生產技術受到少數生產廠商壟斷。
因此,聚醯胺纖維產品的改質及單體原料的多樣化,以賦予 聚醯胺纖維新的結構、性能及應用領域,實現產品的功能化並帶來高附加價值,拓展聚醯胺纖維的市場發展空間。
鑒於上述之發明背景,為了符合產業上之要求,本發明之目的之一在於提供一種修飾劑,特別是修飾尼龍特性的修飾劑,藉由使用低碳原子數的二胺與二羧酸反應所得之二胺,無需使用己二胺,可降低製造成本外,得到的聚醯胺的特性可隨所使用的修飾劑而變化,再者使用該修飾劑與二羧酸反應所得的鹽,合成聚醯胺時,可在一般常壓下進行反應,具有無需在高壓環境下進行反應的優點外,可提高尼龍纖維之吸濕性,具有較好涼感,作為熱熔膠時可提高剝離撕裂強度(T-peel strength)。
為了達到上述目的,根據本發明一實施態樣,提供一種聚醯胺共聚物合成的修飾劑,其係脂肪族二胺與第1羧酸酯反應的反應生成物之具有醯胺基的二胺的修飾劑或該具有醯胺基的二胺與第2羧酸反應生成的鹽的修飾劑,該具有醯胺基的二胺具有下述一般式(I)表示的化學式; 其中y表示2~6的整數,x表示4~18的整數,第1羧酸為脂肪族二羧酸,第2羧酸為二羧酸。
再者,根據本發明其他實施態樣,提供一種聚醯胺共聚物的製備方法,包括:提供脂肪族二胺與第1羧酸酯反應的反應生成物之具有醯胺基的二胺的修飾劑或該具有醯胺基的二胺與第2羧酸反應生成的鹽的修飾劑的步驟,其中第1羧酸酯為脂肪族二羧酸酯,第2羧酸為二羧酸;該修飾劑與己內醯胺進行共聚合反應,得到聚醯胺共聚物的步驟;其中該具有醯胺基的二胺具有上述一般式(I)表示的化學式。
根據本發明,可提供尼龍的修飾劑、聚醯胺共聚物及聚醯胺共聚物的製備方法,所得之聚醯胺共聚物可具有低熔點、高透濕性、高剝離撕裂強度的優點。再者,根據本發明的聚醯胺共聚物的製備方法,具有 降低原料成本及簡化製程條件的優點。
圖1表示根據本發明的具有醯胺基的二胺(BAEA)的H-NMR及FTIR光譜以及紅外線光譜圖的分析表。
圖2表示根據本發明的具有醯胺基的二胺(BAEA)的熱分析圖。
圖3表示根據本發明的具有醯胺基的二胺(BAEA)與己二酸所形成的鹽(BAEA/AA鹽)的H-NMR及FTIR光譜以及紅外線光譜圖的分析表。
圖4表示根據本發明的BAEA/AA鹽的熱分析圖。
圖5表示根據本發明的實施例1及2的聚醯胺共聚物及參考例的聚醯胺(PA6)的FTIR光譜以及紅外線光譜圖的分析表。
圖6表示根據本發明的實施例1及2的聚醯胺共聚物及參考例的聚醯胺(PA6)的熱示差掃描分析儀(DSC)的測定結果。
圖7表示根據本發明的實施例1及2的聚醯胺共聚物及參考例的聚醯胺(PA6)的DMA及玻璃轉化溫度。
圖8表示根據本發明的具有醯胺基的二胺(BAES)的H-NMR光譜圖。
圖9表示根據本發明的具有醯胺基的二胺(BAHA)的H-NMR光譜圖。
圖10表示根據本發明具有BAHA-IPA鹽的H-NMR光譜圖。
關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效,在以下配合具體的較佳實施例的詳細說明中,將可清楚的呈現。於本說明書,一要素或組成包含於及/或為選自一所述的要素或組成的所成群中,應被理解為該要素或組成可為一種或以上的所述的要素或組成,或者可選自2種或以上的所述的要素或組成所成群。再者,此處所述之要素及/或組成物的特徵、裝置或方法,在不脫離本發明的精神及要旨下,無論是否在本說明書有明示或暗示,可任意地組合。
根據本發明一實施態樣,提供一種聚醯胺共聚物合成的修飾劑,其係脂肪族二胺與第1羧酸酯反應的反應生成物之具有醯胺基的二胺的修飾劑或該具有醯胺基的二胺與第2羧酸反應生成的鹽的修飾劑,該具 有醯胺基的二胺具有下述一般式(I)表示的化學式:
其中y表示2~6的整數,x表示4~18的整數,第1羧酸酯為脂肪族二羧酸酯,第2羧酸為二羧酸。
具體地,上述脂肪族二胺例如為乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺等,較理想為乙二胺、丙二胺、丁二胺,更理想為乙二胺。第1羧酸酯,例如為己二酸酯、辛二酸酯、癸二酸酯、十二烷二酸酯、十四烷二酸酯、十六烷二酸酯、十八烷二酸酯等,較理想為己二酸酯、辛二酸酯、癸二酸酯、十二烷二酸酯,更理想為己二酸酯、癸二酸酯、十二烷二酸酯。第2羧酸,例如為間苯二甲酸、對苯二甲酸、己二酸、辛二酸、癸二酸、十二烷二酸、十四烷二酸、十六烷二酸、十八烷二酸、及其相對應的各種異構物等。
上述具有醯胺基的二胺,具有180℃以上的沸點,較理想為200℃以上的沸點,藉由低碳原子數、低沸點的二胺與二羧酸酯反應所得之二胺生成物,具有高於反應物的二胺之沸點,可以在常壓下進行聚醯胺的聚合反應。
再者,於一實施例,具有醯胺基的二胺與作為第2羧酸之選自間苯二甲酸、對苯二甲酸及己二酸所成群的至少一種二羧酸反應所生成的二胺二羧酸鹽,亦可作為修飾劑。
再者,根據本發明其他實施態樣,揭露一種聚醯胺共聚物,其係上述所述之聚醯胺共聚物合成的修飾劑與己內醯胺反應所得之聚醯胺共聚物,該聚醯胺共聚物的熔點低於聚己內醯胺(PA6)的熔點。
於一實施例,上述聚醯胺共聚物在20℃、65%相對濕度的環境下具有5%以上的回潮率。
再者,根據本發明其他實施態樣,揭露一種聚醯胺共聚物的製備方法,包括:提供脂肪族二胺與第1羧酸酯反應(酯類的胺化反應) 的反應生成物之具有醯胺基的二胺的修飾劑或該具有醯胺基的二胺與第2羧酸反應生成的鹽的修飾劑的步驟,其中第1羧酸酯為脂肪族二羧酸,第2羧酸為二羧酸;該修飾劑與己內醯胺進行共聚合反應,得到聚醯胺共聚物的步驟;其中該具有醯胺基的二胺具有上述一般式(I)表示的化學式。
上述修飾劑與己內醯胺進行共聚合反應,可在1大氣壓的環境下進行。
脂肪族二胺、第1羧酸酯、第2羧酸的具體例,係如上述關於修飾劑的段落例示的具體例。
以下,藉由實施例,更具體地說明本發明,但本發明不限於下述實施例。
實施例1
(具有醯胺基的單體BAEA合成)
取己二酸二甲酯(159.5g,0.92mole,Dimethyl adipate,DMA)及乙二胺(550.2g,9.16mole,Ethylenediamide,EDA)至於1L反應瓶中,65℃氮氣環境下反應6.0hr。冷卻靜置後,過濾掉白色固體寡聚物並以乙醇充分潤洗。收集下層濾液,於80℃下進行減壓蒸餾,將所得之白色固體,置於50℃烘箱中乾燥一天,即可得到白色粉末固體(Yelid=66.5~75.2%)。圖1表示根據本發明的具有醯胺基的二胺(BAEA)的H-NMR及FTIR光譜以及紅外線光譜圖的分析表。圖2表示根據本發明的具有醯胺基的二胺(BAEA)的熱分析圖。
(BAEA/AA鹽的合成)
配製BAEA(125.0g,0.54mole)之乙醇溶液及己二酸(79.3g,0.54mole,Adipic acid,AA)乙醇溶液,分別置於兩個燒杯中以65℃加熱溶解。將己二酸之乙醇溶液緩慢倒入BAEA之乙醇溶液中, 攪拌反應6.0hr。冷卻至室溫使鹽類晶體析出,過濾白色結晶固體並以乙醇充分潤洗,收集固體並置於80℃真空烘箱中乾燥一天,可得到白色粉末狀鹽類(Yelid=93.0~96.5%)。圖3表示根據本發明的具有醯胺基的二胺(BAEA)與己二酸所形成的鹽(BAEA/AA鹽)的H-NMR及FTIR光譜以及紅外線光譜圖的分析表。圖4表示根據本發明的BAEA/AA鹽的熱分析圖。
(聚醯胺共聚物的合成)
於室溫2L-反應釜中加入ε-己內醯胺(299.0g,2.64mole,ε-Caprolactam,ε-CPL),其中添加5.0wt%的胺基己酸(15.0g,0.11mole,Aminocaproic acid,ACS)與去離子水(100g,5.55mole),以及抗氧化劑1098(0.4g,0.1wt%)(CHINOX 1098,購自Double Bond Chemical)。攪拌速率設定為52rpm,進行3回的真空、氮氣置換後,設定反應釜溫度200℃,逐漸升溫反應2.0hr。PA6預聚合後,添加BAEA/AA鹽(86.0g,0.23mole)、NaH2PO2(0.4g,0.1%)與去離子水(100g,5.55mole),保持200℃繼續反應2.0hr後,反應釜溫度逐漸升至250℃。12~16小時後,於1torr的真空條件下進行增黏,當扭力值(Torque)上升40%時,停止反應並下料切粒。
T型剝離強度(T-Peel)測試
根據ASTM D1876-01之規範,被黏物為317×25mm的長型尼龍布料,將低熔點共聚尼龍置於被黏物之間,經190℃,10kg/cm2熱壓後,將所得之剝離試片以254mm/min的速率進行剝離,剝離強度(peel strength)取其峰值及谷值之平均值。
熔融紡絲
將原料乾燥後置於入料器中,根據材料性質的不同,調控適當的螺桿溫度、模頭溫度、入料速率、螺桿速率以及捲取速率。本實驗採用2.0mm單孔紡絲板,螺桿溫度約為Tm+50℃;模頭溫度為Tm+20℃;入料速率為5rpm;螺桿速率為30rpm。
纖維回潮率測試
剪取一小段經熔融紡絲而成的尼龍纖維束,置於真空烘箱中100℃乾燥24hr,紀錄重量為W0;將纖維置於恆溫恆濕箱中,根據ASTM-D1776-04規範,儀器濕度設定為65%;溫度設定為20℃。經過72hr後,取出纖維樣品,紀錄重量為W1,即可求得纖維的回潮率,公式如下: 回潮率(%)=[(W1-W0)/W0]/×100;W0為纖維之絕乾重量,W1為纖維回潮之重量。
實施例2
除採用表一所示的使用量外,與實施例1同樣地得到共聚物及共聚物的纖維。
參考例
除採用表一所示的使用量外,與實施例1同樣地得到共聚物及共聚物的纖維。
圖5表示根據本發明的實施例1及2的聚醯胺共聚物及參考例的聚醯胺(PA6)的FTIR光譜以及紅外線光譜圖的分析表。圖6表示根 據本發明的實施例1及2的聚醯胺共聚物及參考例的聚醯胺(PA6)的熱示差掃描分析儀(DSC)的測定結果。圖7表示根據本發明的實施例1及2的聚醯胺共聚物及參考例的聚醯胺(PA6)的DMA及玻璃轉化溫度。
實施例1及2的聚醯胺共聚物及參考例的聚醯胺(PA6)的力學性質表示於表二。如表二所示,隨著BAEA/AA的加入,其剝離強度隨之增加,由39.42N/2.5cm上升至59.95N/2.5cm,共聚比例增加2.4mole%,其剝離強度上升52.1%,由此可見,BAEA/AA的加入能有效增加熱熔膠的黏接強度。
實施例1及2的聚醯胺共聚物及參考例的聚醯胺(PA6)的纖維回潮率表示於表三。如表三所示,隨著BAEA/AA共聚比例的增加,PA6的共聚纖維出現吸濕性增加的現象。
由上述結果得知,藉由使用聚醯胺共聚物合成的修飾劑所製造的本發明的聚醯胺共聚物,與參考例所製造的傳統的尼龍6(PA6)比較,具有低熔點,適合作為低熔點尼龍型熱熔膠,其製作成纖維時可增加與被 黏物之間的作用力,又具有較高的T型剝離強度。另一特點為,實施例1及2顯示,由乙二胺(EDA)所開發的BAEA單體,與PA6進行共聚合反應,得到的PA6共聚合物的纖維回潮率遠高於PA6的纖維回潮率。目前已知技術中此類型的二胺化合物者尚無法達到如本實施例的水準。其原因為BAEA內含有乙二胺組成份,故於單位分子鍵長度內具有最高的氫鍵含量,而達到較高的吸濕率。
實施例3
BAEA單體的合成
如上述實施例1的方法,製備BAEA單體。
BAEA-IPA鹽的合成
BAEA-IPA鹽與己內醯胺反應,得到聚醯胺共聚物。
實施例4
BAEA單體的合成
如上述實施例1的方法,製備BAEA單體。
BAEA-PTA鹽的合成
BAEA-PTA鹽與己內醯胺反應,得到聚醯胺共聚物。
實施例5
BAES單體的合成
10個碳原子數的羧酸與乙二胺反應所得的二胺單體
(式(I)中x=8、y=2)
如上述實施例1的方法,製備BAES單體。但是加入的反應物改為:取癸二酸二甲酯(1mol,Dimethyl sebacate,DMS)及乙二胺(10 mole,Ethylenediamide,EDA)於1L反應瓶中,且加入甲醇為溶劑。(Yelid=78.8%)。紅外線光譜吸收峰(FTIR)=1665-1630cm-1,Carboxyl group of amide。圖8表示根據本發明的具有醯胺基的二胺(BAES)的H-NMR光譜圖。
實施例6
BAHA單體的合成
6個碳原子數的羧酸與己二胺反應所得的二胺單體
(式(I)中x=4、y=6)
如上述實施例1的方法,製備BAHA單體。但是加入的反應物改為:取己二酸二甲酯(1mole,Dimethyl adipate,DMA)及己二胺(10mole,Hexamethylenediamine,HMDA)於1L反應瓶中,且加入甲醇為溶劑。(Yelid=72%)。紅外線光譜吸收峰(FTIR)=1665-1630cm-1,Carboxyl of amide。圖9表示根據本發明的具有醯胺基的二胺(BAHA)的H-NMR光譜圖。
實施例7
BAHA-IPA鹽的合成
如上述實施例1的方法,製備BAHA-IPA鹽。但是加入的反應物改為:BAHA及IPA。圖10表示根據本發明具有BAHA-IPA鹽的H-NMR光譜圖。
綜上所述,根據本發明的修飾劑,可提供尼龍的修飾劑、聚醯胺共聚物及聚醯胺共聚物的製備方法,所得之聚醯胺共聚物可具有低熔點、高吸濕性、高剝離撕裂強度的優點。再者,根據本發明的聚醯胺共聚物的製備方法,具有降低原料成本及簡化製程條件的優點。
以上雖以特定實施例說明本發明,但並不因此限定本發明之範圍,只要不脫離本發明之要旨,熟悉本技藝者瞭解在不脫離本發明的意圖及範圍下可進行各種變形或變更。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外,摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用,並非用來限制本發明之權利範圍。

Claims (13)

  1. 一種聚醯胺共聚物合成的修飾劑,其係脂肪族二胺與第1羧酸酯反應的反應生成物之具有醯胺基的二胺的修飾劑或該具有醯胺基的二胺與第2羧酸反應生成的鹽的修飾劑,該具有醯胺基的二胺具有下述一般式(I)表示的化學式; 其中y表示2~6的整數,x表示4~18的整數,第1羧酸酯為脂肪族二羧酸酯,第2羧酸為二羧酸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之聚醯胺共聚物合成的修飾劑,其中y為2,x表示4~12的整數。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之聚醯胺共聚物合成的修飾劑,其中該具有醯胺基的二胺的修飾劑的沸點為180℃以上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之聚醯胺共聚物合成的修飾劑,其係具有醯胺基的二胺與作為第2羧酸之選自間苯二甲酸、對苯二甲酸及己二酸所成群的至少一種二羧酸反應所生成的二胺二羧酸鹽。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之聚醯胺共聚物合成的修飾劑,其中該修飾劑與己內醯胺反應所得之聚醯胺共聚物,在20℃、65%相對濕度的環境下具有5%以上的回潮率。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之聚醯胺共聚物合成的修飾劑,其中脂肪族二胺為乙二胺,第1羧酸酯為選自琥珀酸酯、己二酸酯、辛二酸酯、癸二 酸酯、十二烷二酸酯所成群的至少一種脂肪族二羧酸酯。
  7. 一種聚醯胺共聚物,其係如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述之聚醯胺共聚物合成的修飾劑與己內醯胺反應所得之聚醯胺共聚物,該聚醯胺共聚物的熔點低於聚己內醯胺的熔點。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之聚醯胺共聚物,其在20℃、65%相對濕度的環境下具有5%以上的回潮率。
  9. 一種聚醯胺共聚物的製備方法,包括:提供脂肪族二胺與第1羧酸酯反應的反應生成物之具有醯胺基的二胺的修飾劑或該具有醯胺基的二胺與第2羧酸反應生成的鹽的修飾劑的步驟,其中第1羧酸酯為脂肪族二羧酸,第2羧酸為二羧酸;該修飾劑與己內醯胺進行共聚合反應,得到聚醯胺共聚物的步驟;其中該具有醯胺基的二胺具有下述一般式(I)表示的化學式; 其中y表示2~6的整數,x表示4~18的整數。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中該修飾劑與己內醯胺進行共聚合反應,在1大氣壓的環境下進行。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中第2羧酸為選自間苯二甲酸、對苯二甲酸及己二酸所成群的至少一種二羧酸。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中y為2,x表示4~12的整數。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中脂肪族二胺為乙二胺,第1羧 酸酯為選自琥珀酸酯、己二酸酯、辛二酸酯、癸二酸酯、十二烷二酸酯所成群的至少一種脂肪族二羧酸酯。
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TWI738137B (zh) * 2019-12-04 2021-09-01 國立臺北科技大學 具有低熔點之吸濕性聚醯胺纖維及其製造方法

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