一種透明聚酰胺及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及透明聚酰胺及其制備方法。本發明是利用共聚反應的方法及脂肪族二酸單體與脂環族二胺單體結構上的特點，通過將脂肪族二酸和脂環族二胺與酰胺鹽進行共聚反應，制備得到了一種在可見光波長范圍內的光透過率能達到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晶速率緩慢，晶粒生長困難，最終形成了具有微晶結構特點的透明聚酰胺材料。由于構成這種具有微晶結構特點的透明聚酰胺材料中的結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，這種具有微晶結構的透明聚酰胺材料仍然具有較高的結晶度，能保持較高的機械強度。
【專利說明】一種透明聚酰胺及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于聚酰胺及聚酰胺共聚物的制備和生產領域，特別涉及一種透明聚酰胺及其制備方法。
【背景技術】
[0002]聚酰胺作為高分子材料大家庭中的一員，開發最早，應用最廣，需求最多，研究最成熟，其制備合成方法以及相關物理化學性能在許多文獻和專利中均有報道。聚酰胺具有強度高，熱穩定性好，耐環境等較好優點，使得其在汽車、電子電器、工業機械、紡織、消費品和其它一些工業中得到了廣泛的應用。
[0003]通常將物質在可見光波長范圍(390nm~770nm)內的光透過率達到80%以上時，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。通過以上報道發現，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確保其在熔融條件下呈現為無色透明狀態，然后通過相關方法改變或抑制聚合物的結晶過程，當聚合物不結晶或者只能形成微晶(晶粒尺寸小于可見光波長)時，其對可見光的散射作用很小，因而可見光能夠透過物質，材料顯示為透明性。無定形聚合物往往力學強度較低，而具有高結晶度微晶結構的聚合物具有很好的力學強度和耐溶劑性。為了得到這種具有微晶結構的透明聚酰胺材料，在單體選擇上往往需要加入長鏈脂 肪族二酸和脂環族二胺作為反應原料。其中，環狀結構的引入，使得聚合物分子鏈的空間立構規整性降低，并且減弱了分子鏈間的氫鍵作用，導致聚合物結晶過程不完善，最終只能形成晶粒尺寸小于可見光波長的微晶。
[0004]傳統的聚酰胺如尼龍66、尼龍610和尼龍612其較高的結晶度保證了其力學強度，但由于結晶過程十分容易形成球晶，而球晶直徑大于可見光波長，導致這種聚酰胺不具備透明性，本發明通過引入透明聚酰胺的制備過程中所需要的相關原料，將其與酰胺鹽如尼龍66鹽、尼龍610鹽和尼龍612鹽分別進行共聚反應，制備合成一種新型的透明聚酰胺，使得產物具有高強度、高結晶度優點的同時，又具有透明性的特點。制備過程中所選擇的相關原料，對人體危害小，利于回收和存放，得到的透明聚酰胺，是一種功能型聚酰胺。
【發明內容】
[0005]本發明的目的之一是提供一種透明聚酰胺材料。
[0006]本發明的目的之二是通過將酰胺鹽與脂肪族二酸單體和脂環族二胺單體進行共聚反應，從而提供一種透明聚酰胺材料的制備方法。
[0007]本發明是利用共聚反應的方法，及利用脂肪族二酸單體與脂環族二胺單體結構上的特點，通過將毒害性很小，幾乎不會對環境造成污染的脂肪族二酸和脂環族二胺與酰胺鹽進行共聚反應，制備得到了一種在可見光波長范圍(390nm~770nm)內的光透過率能達到80%以上的透明聚酰胺材料。通過調節脂環族二胺單體的成分含量，可以控制產物的外觀特征，在得到透明聚酰胺材料的同時，也兼具了傳統聚酰胺如尼龍66、尼龍610、尼龍612的一些優良的性能。傳統聚酰胺如尼龍66、尼龍610、尼龍612是一類極易結晶的物質，這使得這些聚酰胺具有較高的強度，但是由于晶粒尺寸較大，使可見光無法透過。本發明的透明聚酰胺材料在制備過程中結晶速率緩慢，晶粒生長困難，透明聚酰胺材料中的結晶部分形成的晶粒尺寸小于可見光波長，為微晶結構，因此該材料具有透明性。同時，由于這種具有微晶結構的透明聚酰胺材料仍然具有較高的結晶度，使材料能保持這些聚酰胺性能上的優點，尤其是拉伸強度沒有顯著的降低。另外，所選擇脂肪族二酸單體和脂環族二胺單體，對人體毒害小，所以不會對環境造成污染，成本適中，得到的透明聚酰胺屬于環境友好型材料。
[0008]本發明的透明聚酰胺是由以下重量份的原料經混合熔融聚合后得到的，以酰胺鹽的重量份為基準，其中:
[0009]
【權利要求】
1.一種透明聚酰胺，其是由以下重量份的原料經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:
2.根據權利要求1所述的透明聚酰胺，其特征是:所述的透明聚酰胺中的結晶部分是由晶粒尺寸小于可見光波長的晶粒構成。
3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求1所述的透明聚酰胺，其特征是:所述的脂環族二胺選自4，4’- 二氨基-二環己基甲烷、4，4’ - 二氨基-二環己基丙烷、3，3’ - 二甲基-4，4’ - 二氨基-二環己基甲烷和異佛爾酮二胺中的一種或幾種。
6.根據權利要求1所述的透明聚酰胺，其特征是:所述的分子量微調劑選自苯甲酸和乙酸中的一種。
7.根據權利要求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-乙酰基己內酰胺中的一種。
8.根據權利要求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.根據權利要求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。
10.一種根據權利要求1~9任意一項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: (1)將100~400重量份的溶劑加入到反應釜中，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重量份的脂環族二胺加入到溶劑中，攪拌混合均勻后，向反應釜中加入0.01~I重量份的分子量微調劑和0.02~0.5重量份的催化劑，繼續攪拌，直到以上所有原料混合均勻為止； (2)密閉步驟(1)的反應釜，對反應釜進行充氮氣及抽真空處理以排出反應釜內的空氣；然后向反應釜內充入氮氣，使反應釜內的初始壓強維持在0.2~0.5MPa之間； (3)將步驟(2)的初始壓強維持在0.1~0.7MPa之間的反應釜的溫度由室溫在60~120分鐘內均勻升溫至溫度為180~230°C，并保溫30~90分鐘，同時將反應釜內的壓強維持在1.5~2MPa之間；然后繼續加熱反應釜，使得反應釜的溫度在90~180分鐘內由溫度為180~220°C升溫至溫度為260~300°C，在此期間，勻速降低反應釜內的壓強至常壓，并排除反應釜內的氣體物質；在溫度為260~300°C保溫30~90分鐘后，打開真空泵，將反應爸內的壓強降低至0.1~0.003mbar,并在該壓強下持續1~4小時；停止攪拌，向反應釜內充入氮氣，使反應釜內的壓強由0.1~0.003mbar升高至0.2~0.5MPa，打開反應釜的出料閥，流出的無色透明熔體經冷卻后得到透明聚酰胺。
【文檔編號】C08G69/28GK103910877SQ201210592812
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年12月31日 優先權日:2012年12月31日
【發明者】馬永梅, 彭中樑, 曹新宇, 趙斌, 賀丹 申請人:中國科學院化學研究所