TW202334311A - 尼龍共聚物及其製備方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種尼龍共聚物，該尼龍共聚物主要係由一1,4-環己烷二羧酸（CHDA）、一己二酸（AA）、一己二胺（HMDA）、一1,5-二氨基-2-甲基戊烷（MPMD）共聚合而形成，具有較佳之抗腐蝕性、耐候性、抗衝擊強度，且具製程上加工容易、成本較低等特性。
Description
本發明係關於一種尼龍共聚物及其製備方法，特別是指一種具優異抗腐蝕性、高耐候性、高抗衝擊性，且製程上易加工、成本較低之尼龍共聚物。
為提高綠色能源之製造與供應，台灣近年來頻頻於濱海場域建置太陽能發電系統，目前濱海場域之太陽能光電模組係使用傳統鋁合金邊框，然由於該場域多具高鹽份、高酸性等特性，加以東北季風所挾帶之風沙細石，對於本質具易腐蝕性之傳統鋁合金邊框，其使用年限因此受極大之影響，為應對上述嚴峻環境及氣候，國內外經常使用氟碳高分子塗料或光安定劑等耐候材料，以延長鋁合金邊框之使用年限。
氟碳高分子塗料係使用氟聚合物樹脂，因氟碳鍵具有特別穩定之分子結構，故使該塗料具有極佳之化學耐腐蝕性和耐紫外光分解性。目前市場上使用之PVDF（聚偏氟乙烯）類型之氟碳塗料包含液體塗料和粉末塗料兩種形式，並以前者為全球氟碳塗料之主要形式，惟因前者須使用大量的溶劑，多有造成環境汙染、能源浪費、成本極高等缺點，故目前已有許多國家、區域已禁止使用。其後陸續開發粉末塗料以逐步取代液體塗料，現行之戶外鋁型材用氟碳粉末塗料主要亦係PVDF樹脂為基料的熱塑性氟碳粉末塗料。
光安定劑可使高分子聚合物在光的輻射下，排除或减緩光化學反應之可能性，並阻止或延遲光老化過程，從而達成延長高分子聚合物製品使用壽命之目的。按其作用機理，可分類為光遮罩劑、紫外線吸收劑、猝滅劑和受阻胺光穩定劑等四類，且各分類分別具有屏蔽紫外線能量、吸收紫外線能量、猝滅單線態氧及將氫過氧化物分解成非活性物質等功能，其中，受阻胺光穩定劑之產品品種和產量增速遠高於其他光安定劑，目前被廣泛應用。
目前太陽能光電模組所使用之傳統鋁合金邊框雖可透過氟碳高分子塗料、阻胺光安定劑等二現行技術手段提升其耐候程度，惟就該二技術手段，仍存在缺點。就氟碳高分子塗料部分，其缺點有三：其一，塗料之製程複雜、較不環保、不易工業化、成本較高；其二，塗料之塗裝技術嚴格，塗層須於230℃以上之高溫成膜，且塗層之使用溫度須低於150℃；其三，塗層光澤低，難以製造出較高光澤之塗膜。因此，PVDF氟碳粉末塗料用在戶外鋁型邊框應用仍受到一定程度限制。另就受阻胺光穩定劑部分，因其係屬鹼性物質，具易與高分子材料中之酸性成份產生反應之缺點，並因此降低其應用上之原有效果。
本發明之主要目的，在於提供一種具優異之抗腐蝕性、耐候性、高抗衝擊性，且製程上易加工、成本低之尼龍共聚物。
為了達成上述目的，本發明提供一種尼龍共聚物，該尼龍共聚物主要係由一1,4-環己烷二羧酸（CHDA）、一己二酸（AA）、一己二胺（HMDA）、一1,5-二氨基-2-甲基戊烷（MPMD）共聚合而形成。
本發明具有以下有益效果：1. 本發明之尼龍共聚物具優異之抗腐蝕性，用以製成相關產品，可抗高鹽、高酸、高濕度、高風沙等嚴峻環境，可改善先前技術本質易腐蝕、易與酸性成份產生反應之缺點。2.本發明之尼龍共聚物於製程上加工較容易、成本較低，用以製成相關產品，可改善先前技術製成困難且較昂貴之缺點。3. 本發明之尼龍共聚物包含一1,4-環己烷二羧酸（CHDA）、一己二酸（AA），用以製成相關產品，光澤度較高，可改善先前技術光澤度較低之缺點。
本實施例提供一種尼龍共聚物，並可廣泛使用於各產業，例如：該尼龍共聚物可用於製成太陽能光電模組之塑膠邊框，但不以此為限，舉例來說，該尼龍共聚物亦可用於製成汽車之引擎上端機罩，或是建築之遮陽板。
該尼龍共聚物主要係由一1,4-環己烷二羧酸（CHDA）、一己二酸（AA）、一己二胺（HMDA）、一1,5-二氨基-2-甲基戊烷（MPMD）共聚合而形成。
根據本發明實施例，該尼龍共聚物之1,4-環己烷二羧酸（CHDA）之莫耳比係介於0.15至0.30間。
根據本發明實施例，該尼龍共聚物之己二酸（AA）之莫耳比係介於0.70至0.85間。
根據本發明實施例，該尼龍共聚物之己二胺（HMDA）之莫耳比係介於0.4至0.6間。
根據本發明實施例，該尼龍共聚物之1,5-二氨基-2-甲基戊烷（MPMD）之莫耳比係介於0.4至0.6間。
本發明實施例亦提供一種尼龍共聚物之製備方法，用以形成上述尼龍共聚物。該製備方法包含：將一1,4-環己烷二羧酸（CHDA）、一己二酸（AA）、一己二胺（HMDA）、一1,5-二氨基-2-甲基戊烷（MPMD）進行一聚合反應，得到該尼龍共聚物。另得於聚合反應時加入其他添加物，如間苯二甲酸（IPA）或二氧化鈦等，來調整熔點、結晶度或表面色澤。
根據本發明實施例，該尼龍共聚物之製備方法之聚合反應之壓力，較佳地係介於0.9bar至2.0bar間。
根據本發明實施例，該尼龍共聚物之製備方法之聚合反應之時間約為3小時，如包含進料、成鹽反應及聚合反應，所需時間係介於4小時至10小時。
根據本發明實施例，該尼龍共聚物之聚合反應之溫度係介於190℃至290℃。
實施例1為以CHDA、 AA、HMDA及MPMD 之莫耳比為0.15：0.85：0.5：0.5製備尼龍共聚物1。
提供一反應瓶，加入1.29g（7.5mmol）的1,4-己烷二羧酸（CHDA）、6.21g（42.5mmol）的己二酸（AA）、2.9g（25mmol）的己二胺（HMDA）以及2.9g（25mmol）的1,5-二氨基-2-甲基戊烷（MPMD）。接著，在氮氣下，將該反應瓶加熱至250
oC，並維持3小時。冷卻後，得到一尼龍共聚物1，其相對黏度（R.V.）將為2.75，熔點（
T m）約為223℃。
以該尼龍共聚物1約佔60wt%與玻璃纖維約佔40wt%混合後，經熱壓成型為片材，該片材之拉伸強度將約為170MPa。再依據IEC 61730-2標準之UV前處理試驗（MQT10）、CNS 15118-2標準之UV前處理試驗（MST54），將該片材進行UV60kWh/m
2之照射環境耐候測試，該片材的拉伸強度將約為127MPa。即經上述UV耐候測試後，該片材的拉伸強度維持率約為74.7%。
實施例2為以CHDA、 AA、HMDA及MPMD 之莫耳比為0.2：0.8：0.5：0.5製備尼龍共聚物2。
取一反應瓶，加入2.75g（16mmol）的環己烷二羧酸（CHDA）、6.21g（64mmol）的己二酸（AA）、4.65g（40mmol）的己二胺（HMDA）以及4.65g（40mmol）的1,5-二氨基-2-甲基戊烷（MPMD）。接著，將該反應瓶加熱至250
oC，並維持3小時。冷卻後，得到一尼龍共聚物2，其相對黏度（R.V.）將為2.81，熔點（
T m）約為227℃。
以該尼龍共聚物2約佔60wt%與玻璃纖維約佔40wt%混合後，經熱壓成型為片材，該片材的拉伸強度將約為181MPa。再依據IEC 61730-2標準之UV前處理試驗（MQT10）、CNS 15118-2標準之UV前處理試驗（MST54），將該片材進行UV60kWh/m
2之照射環境耐候測試，該片材的拉伸強度將約為137 MPa。即經上述UV耐候測試後，該片材的拉伸強度維持率約為75.6%。
實施例3為以CHDA、AA、HMDA及MPMD之莫耳比為0.3：0.7：0.5：0.5製備尼龍共聚物3。
取一反應瓶，加入3.10g（18mmol）的1,4-環己烷二羧酸（CHDA）、6.13g（42mmol）的己二酸（AA）、3.49g（30mmol）的己二胺（HMDA）以及3.49g（30mmol）的1,5-二氨基-2-甲基戊烷（MPMD）。接著，將該反應瓶加熱至250℃，並維持3小時。冷卻後，得到一尼龍共聚物3，其相對黏度（R.V.）將為2.98，熔點（
T m）約為233℃。
以該尼龍共聚物3約佔60wt%與玻璃纖維約佔40wt%混合後，經熱壓成型為片材，該片材之拉伸強度將約為192MPa。再依據IEC 61730-2標準之UV前處理試驗（MQT10）、CNS 15118-2標準之UV前處理試驗（MST54），將該片材進行UV60kWh/m
2之照射環境耐候測試，該片材之拉伸強度將約為154MPa。即經上述UV耐候測試後，該片材之拉伸強度維持率約為80.2%。
比較例1為以CHDA、AA及MPMD之莫耳比為0.3：0.7：1.0製備尼龍共聚物4。
取一反應瓶，加入3.10g（18mmol）的1,4-環己烷二羧酸（CHDA）、6.13g（42mmol）的己二酸（AA）以及6.97g（60mmol）的1,5-二氨基-2-甲基戊烷（MPMD）。接著，將該反應瓶加熱至100℃，維持1小時。再將該反應瓶溫度升至200℃，維持1小時。最後，將該反應瓶升溫至250℃，並維持3小時。冷卻後，得到一尼龍共聚物4，其相對黏度（R.V.）=2.12，熔點（
T m）為216℃。
同樣地，以該尼龍共聚物4約佔60 wt%與玻璃纖維約佔40wt%混合後，經熱壓成型為片材。該片材的拉伸強度將約為101MPa。再依據IEC 61730-2標準之UV前處理試驗（MQT10）、CNS 15118-2標準之UV前處理試驗（MST54），將該片材進行UV60kWh/m
2之照射環境耐候測試，該片材的拉伸強度將約為75MPa。即經上述UV耐候測試後，該片材的拉伸強度維持率約為74.2%，然而其強度明顯不足。
比較例2為以CHDA、AA及HMDA之莫耳比為0.15：0.85：1.0製備尼龍共聚物5。
取一反應瓶，加入1.55g（9mmol）的1,4-環己烷二羧酸（CHDA）、7.45g（51mmol）的己二酸（AA）與6.97g（60mmol）的己二胺（HMDA）。接著，將該反應瓶加熱至100℃，維持1小時。再將反應瓶溫度升至200℃，維持1小時。最後，將反應瓶升溫至250℃，並維持3小時。冷卻後，得到一尼龍共聚物5，其相對黏度（R.V.）將為1.15，量測不到熔點（
T m）。
以該尼龍共聚物5約佔60wt%與玻璃纖維約佔40wt%混合後，由於混合後之分子量太低，將無法熱壓成片材。
比較例3為以CHDA、AA、HMDA及MPMD之莫耳比為0.5：0.5：0.5：0.5製備尼龍共聚物6。
取一反應瓶，加入5.16g（30mmol）的1,4-環己烷二羧酸（CHDA）、4.38g（30mmol）的己二酸（AA）、3.49g（30mmol）的己二胺（HMDA）以及3.49g（30 mmol）的1,5-二氨基-2-甲基戊烷（MPMD）。接著，將該反應瓶加熱至100℃，維持1小時。再將反應瓶溫度升至200℃，維持1小時。最後，將反應瓶升溫至250℃，並維持3小時。冷卻後，得到一尼龍共聚物6，其相對黏度（R.V.）將為1.23，然而無法量測到熔點（
T m）。
以該尼龍共聚物6約佔60wt%與玻璃纖維約佔40wt%混合後，由於混合後之分子量太低，無法熱壓成片材。
比較例4為以CHDA、AA、HMDA及MPMD之莫耳比為0.05：0.95：0.5：0.5製備尼龍共聚物7。
取一反應瓶，加入0.52g（3mmol）的1,4-環己烷二羧酸（CHDA）、8.32g（57mmol）的己二酸（AA）、3.49g（30mmol）的己二胺（HMDA）以及3.49g（30mmol）的1,5-二氨基-2-甲基戊烷（MPMD）。接著，將該反應瓶加熱至100℃，維持1小時。再將反應瓶溫度升至200℃，維持1小時。最後，將反應瓶升溫至250℃，並維持3小時。冷卻後，得到一尼龍共聚物7，其相對黏度（R.V.）將為2.60，熔點（
T m）約為195℃。
以該尼龍共聚物7約佔60wt%與玻璃纖維約佔40wt%混合後，經熱壓成型為片材，該片材的拉伸強度將約為145MPa。再依據IEC 61730-2標準之UV前處理試驗（MQT10）、CNS 15118-2標準之UV前處理試驗（MST54），將該片材進行UV60kWh/m
2之照射環境耐候測試，該片材的拉伸強度將約為79MPa。經上述UV耐候測試後，該片材的拉伸強度維持率為54.4%，即其強度與耐候性均明顯不足。
基於環境永續利用意識高升，太陽能源之發展、推進為臺灣政府所支持，並持續受到各界關注，傳統太陽能光電模組所使用之鋁合金邊框雖添加耐候塗裝，惟仍有其本質性上之缺點與製程上之不易，使太陽能發電相關發展受到既有模組之侷限，不利綠電發展，因此本發明所提供之耐候尼龍共聚物，可用於異型押出耐候、耐蝕之塑膠邊框，並具生產製程容易、耐候性高等優點，以取代傳統鋁合金邊框。
建築工業於強調設計美學與發展綠色建築之趨勢下，時常應用鋁製建材於建築物之景觀設計、遮陽，其具體應用事例如：遮陽板、景觀格柵、帷幕牆等，惟該鋁製建材同樣必須透過氟碳高分子塗料等耐候塗裝以延長其使用年限，亦具製程不易、成本較高之缺點。因此本發明所提供之尼龍共聚物，可用於製成建築景觀設計、遮陽等用途之產品，例如：耐候、耐蝕之遮陽板或景觀格柵等，並具生產製程容易、成本較低等優點，以取代傳統鋁製建材。
基於新能源汽車輕量化需求之提升，汽車部件之製成材料上亦多有以尼龍材料代替各種金屬材料者，例如：車燈外護罩、外門把手、引擎上端機罩等部件。因此本發明所提供之尼龍共聚物，亦可用於製成之汽車部件，不僅能減輕汽車整體重量，更因該尼龍共聚物之特性，使所製成之汽車部件具高強度、高耐候、成本較低等優點，以取代汽車傳統之金屬部件。
綜上所述，本發明具有以下的有益效果：1. 本發明之尼龍共聚物具優異之抗腐蝕性，用以製成相關產品，可抗高鹽、高酸、高濕度、高風沙等嚴峻環境，可改善先前技術本質易腐蝕、易與酸性成份產生反應之缺點。2.本發明之尼龍共聚物於製程上加工較容易、成本較低，用以製成相關產品，可改善先前技術製成困難且較昂貴之缺點。3. 本發明之尼龍共聚物包含一1,4-環己烷二羧酸（CHDA）、一己二酸（AA），用以製成相關產品，光澤度較高，可改善先前技術光澤度較低之缺點。
以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此侷限本發明之專利權保護範圍，故舉凡運用本發明說明書內容所為之等效技術變化，均應認為包含於本發明之權利保護範圍內，併予陳明。
無
無
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Claims (6)
- 一種尼龍共聚物，主要係由一1,4-環己烷二羧酸（CHDA）；一己二酸（AA）；一己二胺（HMDA）；一1,5-二氨基-2-甲基戊烷（MPMD）共聚合而形成。
- 如請求項1所述之尼龍共聚物，該1,4-環己烷二羧酸（CHDA）之莫耳比係介於0.15至0.30間，該己二酸（AA）之莫耳比係介於0.70至0.85間，該己二胺（HMDA）之莫耳比係介於0.4至0.6間，該1,5-二氨基-2-甲基戊烷（MPMD）的莫耳比係介於0.4至0.6間。
- 一種尼龍共聚物之製備方法，用以形成第1項所述尼龍共聚物，包含：將一1,4-環己烷二羧酸（CHDA）、一己二酸（AA）、一己二胺（HMDA）、一1,5-二氨基-2-甲基戊烷（MPMD）進行一聚合反應，得到該尼龍共聚物。
- 如請求項3所述之尼龍共聚物之製備方法，其中該尼龍共聚物之聚合反應之壓力係介於0.9bar至2.0bar間。
- 如請求項3所述之尼龍共聚物之製備方法，其中該尼龍共聚物之聚合反應時間係3小時。
- 如請求項3所述之尼龍共聚物之製備方法，其中該尼龍共聚物之聚合反應之溫度係介於190℃至290℃。
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| TW111107060A TW202334311A (zh) | 2022-02-25 | 2022-02-25 | 尼龍共聚物及其製備方法 |
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- 2022-02-25 TW TW111107060A patent/TW202334311A/zh unknown
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