一種透明聚酰胺及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及透明聚酰胺及其制備方法。本發(fā)明是利用共聚反應(yīng)的方法及脂肪族二酸單體與脂環(huán)族二胺單體結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，通過將脂肪族二酸和脂環(huán)族二胺與酰胺鹽進(jìn)行共聚反應(yīng)，制備得到了一種在可見光波長范圍內(nèi)的光透過率能達(dá)到80%以上的透明聚酰胺材料。由于這種透明聚酰胺材料在制備過程中結(jié)晶速率緩慢，晶粒生長困難，最終形成了具有微晶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的透明聚酰胺材料。由于構(gòu)成這種具有微晶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的透明聚酰胺材料中的結(jié)晶部分的晶粒尺寸小于可見光波長，因而該材料具有透明性。同時(shí)，這種具有微晶結(jié)構(gòu)的透明聚酰胺材料仍然具有較高的結(jié)晶度，能保持較高的機(jī)械強(qiáng)度。
【專利說明】一種透明聚酰胺及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聚酰胺及聚酰胺共聚物的制備和生產(chǎn)領(lǐng)域，特別涉及一種透明聚酰胺及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚酰胺作為高分子材料大家庭中的一員，開發(fā)最早，應(yīng)用最廣，需求最多，研究最成熟，其制備合成方法以及相關(guān)物理化學(xué)性能在許多文獻(xiàn)和專利中均有報(bào)道。聚酰胺具有強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定性好，耐環(huán)境等較好優(yōu)點(diǎn)，使得其在汽車、電子電器、工業(yè)機(jī)械、紡織、消費(fèi)品和其它一些工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]通常將物質(zhì)在可見光波長范圍(390nm~770nm)內(nèi)的光透過率達(dá)到80%以上時(shí)，定義為具有透明性。透明聚酰胺作為一類具有特殊性能和用途的聚酰胺，已經(jīng)得到越來越多的重視和研究。歐洲專利EP50742，美國專利US2696482，US2512606和德國專利DE1595354，DE3717928等描述了多種透明聚酰胺的制備方法。通過以上報(bào)道發(fā)現(xiàn)，要使聚酰胺高分子材料具有透明性，首先要在原料選擇上應(yīng)確保其在熔融條件下呈現(xiàn)為無色透明狀態(tài)，然后通過相關(guān)方法改變或抑制聚合物的結(jié)晶過程，當(dāng)聚合物不結(jié)晶或者只能形成微晶(晶粒尺寸小于可見光波長)時(shí)，其對(duì)可見光的散射作用很小，因而可見光能夠透過物質(zhì)，材料顯示為透明性。無定形聚合物往往力學(xué)強(qiáng)度較低，而具有高結(jié)晶度微晶結(jié)構(gòu)的聚合物具有很好的力學(xué)強(qiáng)度和耐溶劑性。為了得到這種具有微晶結(jié)構(gòu)的透明聚酰胺材料，在單體選擇上往往需要加入長鏈脂 肪族二酸和脂環(huán)族二胺作為反應(yīng)原料。其中，環(huán)狀結(jié)構(gòu)的引入，使得聚合物分子鏈的空間立構(gòu)規(guī)整性降低，并且減弱了分子鏈間的氫鍵作用，導(dǎo)致聚合物結(jié)晶過程不完善，最終只能形成晶粒尺寸小于可見光波長的微晶。
[0004]傳統(tǒng)的聚酰胺如尼龍66、尼龍610和尼龍612其較高的結(jié)晶度保證了其力學(xué)強(qiáng)度，但由于結(jié)晶過程十分容易形成球晶，而球晶直徑大于可見光波長，導(dǎo)致這種聚酰胺不具備透明性，本發(fā)明通過引入透明聚酰胺的制備過程中所需要的相關(guān)原料，將其與酰胺鹽如尼龍66鹽、尼龍610鹽和尼龍612鹽分別進(jìn)行共聚反應(yīng)，制備合成一種新型的透明聚酰胺，使得產(chǎn)物具有高強(qiáng)度、高結(jié)晶度優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又具有透明性的特點(diǎn)。制備過程中所選擇的相關(guān)原料，對(duì)人體危害小，利于回收和存放，得到的透明聚酰胺，是一種功能型聚酰胺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一是提供一種透明聚酰胺材料。
[0006]本發(fā)明的目的之二是通過將酰胺鹽與脂肪族二酸單體和脂環(huán)族二胺單體進(jìn)行共聚反應(yīng)，從而提供一種透明聚酰胺材料的制備方法。
[0007]本發(fā)明是利用共聚反應(yīng)的方法，及利用脂肪族二酸單體與脂環(huán)族二胺單體結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，通過將毒害性很小，幾乎不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染的脂肪族二酸和脂環(huán)族二胺與酰胺鹽進(jìn)行共聚反應(yīng)，制備得到了一種在可見光波長范圍(390nm~770nm)內(nèi)的光透過率能達(dá)到80%以上的透明聚酰胺材料。通過調(diào)節(jié)脂環(huán)族二胺單體的成分含量，可以控制產(chǎn)物的外觀特征，在得到透明聚酰胺材料的同時(shí)，也兼具了傳統(tǒng)聚酰胺如尼龍66、尼龍610、尼龍612的一些優(yōu)良的性能。傳統(tǒng)聚酰胺如尼龍66、尼龍610、尼龍612是一類極易結(jié)晶的物質(zhì)，這使得這些聚酰胺具有較高的強(qiáng)度，但是由于晶粒尺寸較大，使可見光無法透過。本發(fā)明的透明聚酰胺材料在制備過程中結(jié)晶速率緩慢，晶粒生長困難，透明聚酰胺材料中的結(jié)晶部分形成的晶粒尺寸小于可見光波長，為微晶結(jié)構(gòu)，因此該材料具有透明性。同時(shí)，由于這種具有微晶結(jié)構(gòu)的透明聚酰胺材料仍然具有較高的結(jié)晶度，使材料能保持這些聚酰胺性能上的優(yōu)點(diǎn)，尤其是拉伸強(qiáng)度沒有顯著的降低。另外，所選擇脂肪族二酸單體和脂環(huán)族二胺單體，對(duì)人體毒害小，所以不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，成本適中，得到的透明聚酰胺屬于環(huán)境友好型材料。
[0008]本發(fā)明的透明聚酰胺是由以下重量份的原料經(jīng)混合熔融聚合后得到的，以酰胺鹽的重量份為基準(zhǔn)，其中:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種透明聚酰胺，其是由以下重量份的原料經(jīng)混合熔融聚合后得到的，其特征是，以酰胺鹽的重量份為基準(zhǔn):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明聚酰胺，其特征是:所述的透明聚酰胺中的結(jié)晶部分是由晶粒尺寸小于可見光波長的晶粒構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明聚酰胺，其特征是:所述的酰胺鹽選自尼龍66鹽、尼龍610鹽和尼龍612鹽中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明聚酰胺，其特征是:所述的脂肪族二酸選自己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、葵二酸、十一碳二酸和十二碳二酸中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明聚酰胺，其特征是:所述的脂環(huán)族二胺選自4，4’- 二氨基-二環(huán)己基甲烷、4，4’ - 二氨基-二環(huán)己基丙烷、3，3’ - 二甲基-4，4’ - 二氨基-二環(huán)己基甲烷和異佛爾酮二胺中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明聚酰胺，其特征是:所述的分子量微調(diào)劑選自苯甲酸和乙酸中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明聚酰胺，其特征是:所述的催化劑選自次亞磷酸和N-乙?；簝?nèi)酰胺中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明聚酰胺，其特征是:所述的分子量控制劑選自己二酸和十二碳二酸中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明聚酰胺，其特征是:所述的溶劑選自去離子水、N-甲基吡咯烷酮和間甲酚中的一種。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1~9任意一項(xiàng)所述的透明聚酰胺的制備方法，其特征是，所述的制備方法包括以下步驟，以酰胺鹽的重量份為基準(zhǔn): (1)將100~400重量份的溶劑加入到反應(yīng)釜中，打開攪拌器，將100重量份的酰胺鹽、5~30重量份的分子量控制劑、25~100重量份的脂肪族二酸和25~100重量份的脂環(huán)族二胺加入到溶劑中，攪拌混合均勻后，向反應(yīng)釜中加入0.01~I重量份的分子量微調(diào)劑和0.02~0.5重量份的催化劑，繼續(xù)攪拌，直到以上所有原料混合均勻?yàn)橹梗? (2)密閉步驟(1)的反應(yīng)釜，對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行充氮?dú)饧俺檎婵仗幚硪耘懦龇磻?yīng)釜內(nèi)的空氣；然后向反應(yīng)釜內(nèi)充入氮?dú)?，使反?yīng)釜內(nèi)的初始?jí)簭?qiáng)維持在0.2~0.5MPa之間； (3)將步驟(2)的初始?jí)簭?qiáng)維持在0.1~0.7MPa之間的反應(yīng)釜的溫度由室溫在60~120分鐘內(nèi)均勻升溫至溫度為180~230°C，并保溫30~90分鐘，同時(shí)將反應(yīng)釜內(nèi)的壓強(qiáng)維持在1.5~2MPa之間；然后繼續(xù)加熱反應(yīng)釜，使得反應(yīng)釜的溫度在90~180分鐘內(nèi)由溫度為180~220°C升溫至溫度為260~300°C，在此期間，勻速降低反應(yīng)釜內(nèi)的壓強(qiáng)至常壓，并排除反應(yīng)釜內(nèi)的氣體物質(zhì)；在溫度為260~300°C保溫30~90分鐘后，打開真空泵，將反應(yīng)爸內(nèi)的壓強(qiáng)降低至0.1~0.003mbar,并在該壓強(qiáng)下持續(xù)1~4小時(shí)；停止攪拌，向反應(yīng)釜內(nèi)充入氮?dú)?，使反?yīng)釜內(nèi)的壓強(qiáng)由0.1~0.003mbar升高至0.2~0.5MPa，打開反應(yīng)釜的出料閥，流出的無色透明熔體經(jīng)冷卻后得到透明聚酰胺。
【文檔編號(hào)】C08G69/28GK103910877SQ201210592812
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】馬永梅, 彭中樑, 曹新宇, 趙斌, 賀丹 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所