TWI401277B - 透明的耐隆材料及其製作方法 - Google Patents

Description

透明的耐隆材料及其製作方法

本發明是有關於一種耐隆材料及其製作方法，且特別是有關於一種具有高透明度的耐隆材料及其製作方法。

近四十年來，塑膠為發展迅速的化學工業之一，塑膠具有優良的耐腐蝕性能，兼具加工容易、耐用、不易傳熱、不導電等優點。塑膠可分為熱塑性塑膠、熱固性塑膠以及工程塑膠(Engineering Plastics)，其中工程塑膠是杜邦(Du Pont)公司推出聚縮醛時首次命名，意指工業用塑膠，其強度、硬度等機械性質接近金屬材料，但卻具有質輕、絕熱、絕緣、成形容易等特質，故適於應用在機械、電工、汽車等工業。

耐隆(Nylon)為一種優良的工程塑膠，其防火特性佳、耐熱性佳、耐磨耗性佳、耐候性佳以及耐藥品性佳(其不受碳氫化合物、鹵素、油類、酯類、醇類、銅類、醚類、強鹼類等物質的影響)。因此，耐隆可應用在瓶子、塞子、眼鏡框、汽車設備、手術設備、包裝材料、運動器材、單纖等多種產品中。然而，由於耐隆的結晶性高，故其不具透明性，以致於限制了其可應用的產品範圍。因此，為破壞耐隆的結晶性，習知技術係以物理性摻合的方式來破壞耐隆的結晶性。然而，由於物理性摻合的過程變因控制不易，因此，所製作出的耐隆材料的透明度不均勻且再現性不佳。

本發明提供一種透明的耐隆材料的製作方法，其係於己內醯胺的聚合過程中添加其他的單體，以使前述單體與己內醯胺聚合，進而降低聚合出的耐隆材料的結晶性並提高聚合出的耐隆材料的透明度。

本發明提供一種透明的耐隆材料，其結晶性低且透明度高。

本發明提出一種透明的耐隆材料的製作方法如下所述。首先，提供己內醯胺(caprolactam)、異苯二甲酸(isophthalic acid)、己二胺(hexamethylene diamine)與己二酸(adipic acid)。接著，混合己內醯胺、異苯二甲酸、己二胺與己二酸，以形成一混合物，且己內醯胺佔混合物總量的75~99莫耳百分比，異苯二甲酸佔混合物總量的20~0.5莫耳百分比，己二胺與己二酸佔混合物總量的5~0.5莫耳百分比。然後，使己內醯胺、異苯二甲酸、己二胺與己二酸進行一次性聚合反應。

在本發明之一實施例中，己內醯胺佔混合物總量的80~94莫耳百分比，異苯二甲酸佔混合物總量的15~5莫耳百分比，己二胺與己二酸佔混合物總量的5~1莫耳百分比。

在本發明之一實施例中，己內醯胺佔混合物總量的82~93莫耳百分比、異苯二甲酸佔混合物總量的15~6莫耳 百分比、己二胺與己二酸佔混合物總量的3~1莫耳百分比。

在本發明之一實施例中，使己內醯胺、異苯二甲酸、己二胺與己二酸進行一次性聚合的方法包括在200~260℃的溫度，0~10巴的壓力下熔解混合物中的己內醯胺、異苯二甲酸、己二胺與己二酸並攪拌混合物。

本發明提出一種透明的耐隆材料，其具有式(1)到式(5)之其中之一所表示之化學式：

其中，n與m的比值為75~99：25~1，

其中，x與y的比值為75~99：25~1。

其中，a的值為100%

其中，b的值為100%

其中，c的值為100%在本發明之一實施例中，n與m的比值為80~94：20～6。

在本發明之一實施例中，n與m的比值為82~93：18~7。

在本發明之一實施例中，x與y的比值為80~94：20～6。

在本發明之一實施例中，x與y的比值為82~93：18~7。

在本發明之一實施例中，透明的耐隆材料的黏度為1.8～2.4。

在本發明之一實施例中，透明的耐隆材料的總分子量為10000～15000。

基於上述，本發明是藉由在己內醯胺的聚合過程中添加異苯二甲酸、己二胺與己二酸來降低聚合而成的耐隆材料的結晶性並提高其透明度。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本實施例主要藉由在己內醯胺的聚合過程中添加異苯二甲酸、己二胺與己二酸來使聚合而成的耐隆材料具有低結晶性以及高透明度。本實施例之透明的耐隆材料的製作方法如下所述。

首先，在本實施例中，提供己內醯胺(caprolactam,CPL)與水，並使己內醯胺與水形成開環反應。在本實施例中，己內醯胺可具有式(6)所表示之化學式，而開環後的己內醯胺即可具有式(7)所表示之化學式，且前述使己內醯胺與水反應而製備出開環後的己內醯胺的反應可表示為下述的化學反應式1：

接著，提供開環後的己內醯胺式(7)、異苯二甲酸、己二胺與己二酸。在本實施例中，異苯二甲酸可具有式(8)所表示之化學式，己二胺可具有式(9)所表示之化學式，己二酸可具有式(10)所表示之化學式。

式(9)

之後，混合己內醯胺、異苯二甲酸、己二胺與己二酸，以形成一混合物，且己內醯胺佔混合物總量的75～99莫耳百分比，異苯二甲酸佔混合物總量的20～0.5莫耳百分比，己二胺與己二酸佔混合物總量的5～0.5莫耳百分比。

舉例來說，在本實施例中，己內醯胺佔混合物總量的80～94莫耳百分比，異苯二甲酸佔混合物總量的15～5莫耳百分比，己二胺與己二酸佔混合物總量的5～1莫耳百分比。詳細而言，在本實施例中，己內醯胺佔混合物總量的82～93莫耳百分比、異苯二甲酸佔混合物總量的15～6莫耳百分比、己二胺與己二酸佔混合物總量的3～1莫耳百分比。

然後，在本實施例中，可在200～260℃的溫度，0～10巴的壓力下熔解混合物中的己內醯胺、異苯二甲酸、己二胺與己二酸並攪拌混合物，以使己內醯胺、異苯二甲酸、己二胺與己二酸能以最雜亂(random)的排列方式進行一次性聚合反應，並形成本實施例之透明的耐隆材料，而本實施例之透明的耐隆材料可具有式(1)到式(5)所表示之化學式。前述一次性聚合反應可表示為下述的化學反應式2：

式(2)

式(5)

其中，n與m的比值為75~99：25~1。舉例來說，在本實施例中，n與m的比值可為80~94：20～6。詳細而言，在本實施例中，n與m的比值可為82~93：18~7。此外，x與y的比值為75~99：25～1。舉例來說，在本實施例中，x與y的比值為80~94：20～6。詳細而言，在本實施例中，x與y的比值可為82~93：18~7。

詳細而言，在本實施例中，『一次性聚合反應』是表示使己內醯胺單體、異苯二甲酸單體、己二胺單體與己二酸單體同時聚合，而非二段式聚合(亦即，使其先兩兩聚合之後再聚合，例如：使己二胺單體與己二酸單體先兩兩聚合之後在將此聚合物與己內醯胺單體以及異苯二甲酸單體聚合)。因此，本實施例之製程較為簡化。

此外，在本實施例中，透明的耐隆材料的黏度為1.8～2.4，透明的耐隆材料的總分子量為10000～15000。

值得注意的是，由於本實施例是透過聚合的方式進行耐隆材料的化學改質，因此，本實施例可直接聚合出具有高透明度的耐隆材料，而毋須經過其他的二次加工(例如習知的物理性摻合)，故聚合成的耐隆材料的品質以及再現性均佳。

以下將詳細介紹本實施例之多種透明的耐隆材料、一般市售的耐隆材料以及以純己內醯胺所製備而成的耐隆材料的各種物理性質(黏度、熔點以及可見光穿透率)。下表1中的測試樣品的厚度皆為2釐米，測試可見光穿透率所使用的波長為400～700奈米，而量測可見光穿透率的儀器為Spectrum Detective Transmission Meter Model #SD2400。

此外，用以聚合成各實施例的耐隆材料的成分(除己內醯胺以外)與各成分佔混合物總量的莫耳百分比皆列於表1中，其中己內醯胺佔混合物總量的莫耳百分比為100莫耳百分比減掉其他成分(亦即已二胺與己二酸、異苯二甲酸)佔混合物總量的莫耳百分比。舉例來說，用來聚合出實施例1之透明的耐隆材料的混合物的成分為：2莫耳百分比的己二胺與己二酸、6莫耳百分比的異苯二甲酸以及92莫耳百分比的己內醯胺。比較例1的耐隆材料是以純的己內醯胺聚合而成，比較例2則是一般市售的高透明耐隆材料。

由表1可知，本實施例之耐隆材料的可見光穿透率(皆大於等於80%)明顯優於習知的耐隆材料(比較例1、2)，換言之，本實施例在己內醯胺的聚合過程中添加異苯二甲酸、己二胺與己二酸確實可使聚合而成的耐隆材料具有高透明度。

此外，由實施例1～3的實驗結果可知，當異苯二甲酸佔混合物總量的莫耳百分比增加時，聚合而成的耐隆材料的透明度隨之增加。再者，由實施例4～6的實驗結果可知，當己二胺與己二酸佔混合物總量的莫耳百分比增加時，聚合而成的耐隆材料的透明度隨之增加。由前述可知，可藉由調整異苯二甲酸、己二胺與己二酸佔混合物總量的莫耳百分比來改變聚合而成的耐隆材料的透明度。

綜上所述，本發明是藉由在己內醯胺的聚合過程中添加異苯二甲酸、己二胺與己二酸來降低聚合而成的耐隆材料的結晶性並提高其透明度。再者，由於本發明是藉由進行一次性聚合反應來進行耐隆材料的化學改質，因此，本發明的耐隆材料的製程毋須經過其他的二次加工(例如習知的物理性摻合)故而較為簡化，且聚合成的耐隆材料的品質以及再現性均佳。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (11)

1. 一種透明的耐隆材料的製作方法，包括：提供己內醯胺、異苯二甲酸、己二胺與己二酸；混合該己內醯胺、該異苯二甲酸、該己二胺與該己二酸，以形成一混合物，且該己內醯胺佔該混合物總量的75～99莫耳百分比，該異苯二甲酸佔該混合物總量的20～0.5莫耳百分比，該己二胺與該己二酸佔該混合物總量的5～0.5莫耳百分比；以及使該己內醯胺、該異苯二甲酸、該己二胺與該己二酸進行一次性聚合反應。
2. 如申請專利範圍第1項所述之透明的耐隆材料的製作方法，其中該己內醯胺佔該混合物總量的80～94莫耳百分比，該異苯二甲酸佔該混合物總量的15～5莫耳百分比，該己二胺與該己二酸佔該混合物總量的5～1莫耳百分比。
3. 如申請專利範圍第1項所述之透明的耐隆材料的製作方法，其中該己內醯胺佔該混合物總量的82～93莫耳百分比、該異苯二甲酸佔該混合物總量的15～6莫耳百分比、該己二胺與該己二酸佔該混合物總量的3～1莫耳百分比。
4. 如申請專利範圍第1項所述之透明的耐隆材料的製作方法，其中使該己內醯胺、該異苯二甲酸、該己二胺與該己二酸進行一次性聚合的方法包括：在200～260℃的溫度，0～10巴的壓力下熔解該混合物中的該己內醯胺、該異苯二甲酸、該己二胺與該己二酸並攪拌該混合物。
5. 一種透明的耐隆材料，其具有式(1)到式(5)之其中之一所表示之化學式： 其中，n與m的比值為75~99：25~1， 其中，x與y的比值為75~99：25~1。 其中，a的值為100% 其中，b的值為100% 其中，c的值為100%
6. 如申請專利範圍第5項所述之透明的耐隆材料，其中n與m的比值為80~94：20~6。
7. 如申請專利範圍第5項所述之透明的耐隆材料，其中n與m的比值為82~93：18~7。
8. 如申請專利範圍第5項所述之透明的耐隆材料，其中x與y的比值為80~94：20~6。
9. 如申請專利範圍第5項所述之透明的耐隆材料，其中x與y的比值為82~93：18~7。
10. 如申請專利範圍第5項所述之透明的耐隆材料，其中該耐隆材料的黏度為1.8~2.4。
11. 如申請專利範圍第5項所述之透明的耐隆材料，其中該耐隆材料的總分子量為10000~15000。