CN107513163A - 一种高透明高韧性尼龙66树脂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高透明高韧性尼龙树脂的制备方法，包括以下步骤：(1)将烯酸盐、带氨基的有机酸和有机碱在氮气保护下反应，分离出有机碱后得到混合物溶液；(2)将步骤(1)中得到的混合物溶液、己二酸己二胺盐、催化剂和封端剂经缩聚反应得到尼龙66树脂。本发明制备得到的尼龙66树脂兼具优异的韧性与极佳的透明性。另外，本发明中还可显著抑制尼龙66树脂表面浮纤问题，制备得到的玻纤改性尼龙66树脂外观更加光滑。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，尤其涉及一种尼龙66树脂的制备方法。
背景技术
尼龙是指分子主链上含有重复酰胺基团(CO-NH)的一类聚合物的统称，其综合性能优异，如机械强度高、摩擦系数低、耐热耐磨损等。其中尼龙66由于性价比高、加工性能优异、易于改性等原因广泛应用于汽车、电子电器、包装薄膜等领域。然而，由于尼龙66酰胺键密度较大，结晶速度快且结晶度较高，导致其透明性不佳，吸湿性较大，且在低温及干态下表现出脆性，这在很大程度上限制了它的应用。因此，对尼龙66进行改性处理以其提升透明性及抗冲击性成为产品高性能化发展的方向。
在制备尼龙树脂时，高透明性及高韧性通常不能兼顾，如专利号为201310347713的专利公开了一种耐低温增韧尼龙材料及其制备方法，此专利以烯烃类或橡胶类增韧剂与尼龙66通过双螺杆挤出机挤出以提升树脂的抗冲击性能，但由于此类增韧剂的折射率与尼龙66本身折射率相差较大，所以制备得到的尼龙树脂的颜色通常为乳白色。专利号为200410021649的专利提供了一种利用碘化钙、氯化钙等无机盐与熔融的尼龙66机械共混以调控结晶度制备透明尼龙树脂的方法，该法可以制备得到透明性较高的尼龙，但作为成核剂的无机盐在尼龙基体中通常分散性不佳，且与尼龙分子链间一般只有物理作用，因此会导致尼龙部分物理性能的损失，制备得到的尼龙树脂的韧性不佳。另外，在用玻璃纤维对尼龙树脂改性时，通常制备得到的改性尼龙树脂表面浮纤问题难以得到解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种兼具高透明性与高韧性，且能克服改性时树脂表面浮纤问题的尼龙66树脂的制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种高透明高韧性尼龙66树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将烯酸盐、带氨基的有机酸和有机碱在氮气保护下反应，分离出有机碱后得到混合物溶液；
(2)将步骤(1)中得到的混合物溶液、己二酸己二胺盐、催化剂和封端剂经缩聚反应得到尼龙66树脂。
上述制备方法中，优选的，所述烯酸盐为丙烯酸镁、丙烯酸钙、丙烯酸锌、丙烯酸铜和甲基丙烯酸锌中的一种或几种；所述带氨基的有机酸为氨基丙酸、氨基己酸和氨基十一酸中的一种或几种，所述有机碱为三乙胺、吡啶和四甲基乙二胺中的一种或几种。采用有机碱主要起催化作用，还可以作为反应的溶剂，可促进反应的进行。
上述制备方法中，优选的，所述有机碱为三乙胺，三乙胺具有毒性小，沸点低，可以较容易实现分离。
上述制备方法中，优选的，所述烯酸盐、带氨基的有机酸和有机碱的配比按重量份表示如下：
烯酸盐：15～30份；
带氨基的有机酸：15～30份；
有机碱：100～600份。
上述制备方法中，优选的，所述步骤(1)的反应条件为：反应温度60～80℃，反应时间0.5～2h。
上述制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，所述缩聚反应时还加入去离子水。反应过程中必须加入去离子水，加入的目的主要是在搅拌过程中起到传热传质的作用，如果不加入去离子水，由于己二酸己二胺盐的熔点较高，温度要升到很高时才能开始搅拌，不利于树脂的分子量的提高与树脂品质的控制。
上述制备方法中，优选的，所述己二酸己二胺盐、催化剂、封端剂和去离子水的配比按重量份表示如下：
己二酸己二胺盐：95～100份；
催化剂：0.2～1份；
封端剂：0.1～0.5份；
去离子水：20～60份。
上述制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，所述缩聚反应为将步骤(1)中得到的混合物溶液、己二酸己二胺盐、催化剂、封端剂和去离子水在加压下进行预缩聚反应后再在真空条件下进行二次缩聚反应。由于己二酸己二胺盐不太稳定，在高温聚合时，盐中的己二胺容易挥发损失，己二酸也容易脱羧，导致氨基与羧基的化学等当量被破坏，降低聚合物的分子量，采用高压预聚合先形成低分子预聚物，可以减少氨基与羧基的损失以利于树脂分子量的提高。
上述制备方法中，优选的，所述预缩聚反应的反应条件为：反应温度210～230℃，反应压力1.5～2.0MPa，反应时间1～2h；所述二次缩聚反应的操作步骤为：预缩聚反应完成后将釜内温度升高至260～280℃，并在45～90min内将釜内压力降至常压，随后抽真空，保持釜内真空度为-0.08～-0.06MPa，反应0.5～2h。
上述制备方法中，优选的，所述催化剂为次磷酸钠、亚磷酸钠、磷酸酯和次磷酸酯中的一种或几种，所述封端剂为苯甲酸、对苯二甲酸和2-奈甲酸中的一种或几种。
本发明的原理如下：
1、将烯酸盐通过带氨基的有机酸进行改性，可以提高烯酸盐的水溶性和其与尼龙基体的相容性，当改性后的烯酸盐与己二酸己二胺盐混合并反应后，烯酸盐能在尼龙基体中均匀分散，还可通过缩聚反应接到尼龙分子链上，从而与尼龙分子链之间产生了稳定的化学作用，将烯酸盐中的无机盐离子引入尼龙66树脂中，相比于普通简单的物理混合，本发明中对尼龙66树脂的改性效果要明显更优。2、无机盐离子(如钙、锌、铜等)可以起到成核剂的作用，通过异相成核增加了体系内微晶数量，减小了晶体尺寸，从而有效改善了透明性。另外，韧性随结晶度的增加或球晶的增大而降低，由于本体系中可以降低结晶度，因此制备得到的尼龙树脂兼具优异的韧性与极佳的透明性。3、在用玻纤对尼龙进行改性时，通过改性烯酸盐改性后的尼龙树脂与玻纤的相容性更好，可显著抑制表面浮纤问题。
以丙烯酸盐(式(1))和甲基丙烯酸盐(式(2))与氨基己酸为例，烯酸盐与带氨基的有机酸反应的化学方程式如下：
其中，X为镁、钙、锌与铜等元素，Et3N为三乙胺。
缩聚得到尼龙66树脂的化学反应方程式如式(3)所示：
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明中烯酸盐通过带氨基的有机酸进行改性，可以提高烯酸盐的水溶性和其与尼龙基体的相容性，改性后的烯酸盐能均匀分散在尼龙基体中，还可与尼龙分子链之间产生了稳定的化学作用，制备得到的尼龙66树脂兼具优异的韧性与极佳的透明性。
2、本发明中通过改性烯酸盐改性后的尼龙66树脂与玻纤的相容性更好，可显著抑制尼龙66树脂表面浮纤问题，制备得到的玻纤改性尼龙66树脂外观更加光滑。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种高透明高韧性尼龙66树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甲基丙烯酸锌、氨基己酸和三乙胺在氮气保护下于80℃下反应1h，再减压蒸馏分离出三乙胺后得到混合物溶液；
(2)将步骤(1)中得到的混合物溶液、己二酸己二胺盐、催化剂、苯甲酸和去离子水加入高压聚合反应釜中，在氮气保护下，将釜内温度提高至210～230℃，在压力1.5～2.0MPa下进行预缩聚反应，反应1～2h后得到预缩聚混合物溶液；预缩聚反应完成后再将釜内温度升高至260～280℃，并在45～90min内将釜内压力降至常压，随后抽真空，保持釜内真空度为-0.06～-0.08MPa，进一步缩聚反应0.5～2h制备得到尼龙66树脂；
其中，上述各原料的配比如下表1所示。
表1：实施例1-5中原料配方表
| 组分 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 己二酸己二胺盐 | 2000g | 2000g | 2000g | 2000g | 2000g |
| 催化剂 | 18g | 18g | 18g | 18g | 18g |
| 去离子水 | 1000g | 1000g | 1000g | 1000g | 1000g |
| 苯甲酸 | 10g | 10g | 10g | 10g | 10g |
| 氯化钙 | — | — | — | — | — |
| 丙烯酸钙 | — | — | — | — | 10g |
| 丙烯酸锌 | — | — | — | 10g | — |
| 甲基丙烯酸锌 | 1g | 2g | 10g | — | — |
| 氨基己酸 | 1g | 2g | 10g | 10g | 10g |
| 三乙胺 | 20g | 40g | 200g | 200g | 200g |
实施例2-5：
实施例2-5中的尼龙66树脂的制备方法与实施例1相同，但各原料的配比有所不同，具体见表1。
对比例1-5：
对比例1-5中的尼龙66树脂的制备方法与实施例1相同，但对比例1在制备尼龙66树脂时不加入步骤(1)中得到的混合物溶液，对比例2-5把混合物溶液换成其他物质。具体原料的配比具体见表2。
表2：对比例1-5中原料配方表
实施例1-5及对比例1-5中制备得到的尼龙66树脂的性能测试结果如表3、表4所示。
表3：实施例1-5中制备得到的尼龙66树脂的性能测试结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 相对粘度 | 2.72 | 2.70 | 2.67 | 2.65 | 2.71 |
| 熔融指数(275℃，2.16kg) | 60 | 52 | 45 | 43 | 54 |
| 结晶温度(℃) | 236 | 231 | 229 | 232 | 234 |
| 结晶时间(s，降温速率10℃/min) | 58 | 65 | 71 | 69 | 67 |
| 拉伸强度(MPa) | 65.1 | 62.3 | 67.2 | 65.5 | 67.5 |
| 弯曲强度(MPa) | 71.0 | 70.2 | 80.0 | 75.2 | 79.0 |
| 断裂伸长率(％) | 135 | 160 | 85 | 102 | 95 |
| 弯曲模量(Mpa) | 2400 | 2350 | 2550 | 2380 | 2500 |
| 缺口冲击强度(KJ/m2) | 13.2 | 14.2 | 10.8 | 11.2 | 12.5 |
| 透光率(％) | 88.5 | 91.5 | 92 | 91.8 | 92.2 |
表4：对比例1-5中制备得到的尼龙66树脂的性能测试结果
表3与表4中的测试条件如下：
1、按国标GB/T 2406.2-2009将尼龙66树脂母粒进行注塑成型；
2、按国标GB/T 3682-2000测试尼龙66树脂的熔融指数；
3、按国标GB/T1040-92，在23℃，跨度50mm，速率为50mm/min的条件下测定样品的拉伸性能；
4、按国标GB/T 9341-2000，在23℃，跨度64mm，速率为2mm/min的条件下测定样品的弯曲性能；
5、采用A型缺口试样，按国标GB/T 1843-2008，在23℃，摆锤为5.5J的条件下测定样品的悬臂梁缺口冲击强度。
根据表3和表4可知，通过引入改性过的丙烯酸盐原位聚合制备得到的尼龙66树脂不仅透明性得到了显著的提升，还克服了传统加入氯化钙导致尼龙66树脂力学性能下降明显的问题，本实施例中尼龙66树脂的韧性有显著的提高。
实施例5-10：
将1000g实施例1-5中制备得到的尼龙66树脂、1000g无碱玻纤纤维、2g抗氧剂1098与3g抗氧剂168经双螺杆挤出机挤出注塑后进行增强改性实验。
对比例5-10：
将1000g对比例1-5中制备得到的尼龙66树脂、1000g无碱玻纤纤维、2g抗氧剂1098与3g抗氧剂168经双螺杆挤出机挤出注塑后进行增强改性实验。
实施例5-10和比较例5-10中增强改性实验结果如表5、表6所示。
表5：实施例5-10中增强改性实验结果
表6：比较例5-10中增强改性实验结果
表5、表6中表面外观测试方法为：以厚为4mm，直径为75mm的圆盘作为注塑样条模具，在80℃模具温度条件下进行注塑成型，目测圆盘表面外观情况。
由表5和表6可知，本实施例中的高透明高韧性尼龙66树脂在进行50％玻纤增强改性过程中，还可以显著改善50％玻纤复合材料的玻纤外露等表面问题，利用本实施例中的尼龙66树脂进行50％玻纤增强改性得到的复合材料表面更加光滑，浮纤更少。
采用本实施例中的方法生产的尼龙66树脂能够广泛应用于光学仪器、计量仪表、食品包装等透明制品中，也适用于高强度高韧性要求的汽车及电子电气领域。
Claims (10)
1.一种高透明高韧性尼龙66树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将烯酸盐、带氨基的有机酸和有机碱在氮气保护下反应，分离出有机碱后得到混合物溶液；
(2)将步骤(1)中得到的混合物溶液、己二酸己二胺盐、催化剂和封端剂经缩聚反应得到尼龙66树脂。
2.根据权利要求1所述的高透明高韧性尼龙66树脂的制备方法，其特征在于，所述烯酸盐为丙烯酸镁、丙烯酸钙、丙烯酸锌、丙烯酸铜和甲基丙烯酸锌中的一种或几种；所述带氨基的有机酸为氨基丙酸、氨基己酸和氨基十一酸中的一种或几种，所述有机碱为三乙胺、吡啶和四甲基乙二胺中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的高透明高韧性尼龙66树脂的制备方法，其特征在于，所述有机碱为三乙胺。
4.根据权利要求1或2或3所述的高透明高韧性尼龙66树脂的制备方法，其特征在于，所述烯酸盐、带氨基的有机酸和有机碱的配比按重量份表示如下：
烯酸盐：15～30份；
带氨基的有机酸：15～30份；
有机碱：100～600份。
5.根据权利要求1或2或3所述的高透明高韧性尼龙66树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的反应条件为：反应温度60～80℃，反应时间0.5～2h。
6.根据权利要求1或2或3所述的高透明高韧性尼龙66树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述缩聚反应时还加入去离子水。
7.根据权利要求6所述的高透明高韧性尼龙66树脂的制备方法，其特征在于，所述己二酸己二胺盐、催化剂、封端剂和去离子水的配比按重量份表示如下：
己二酸己二胺盐：95～100份；
催化剂：0.2～1份；
封端剂：0.1～0.5份；
去离子水：20～60份。
8.根据权利要求6所述的高透明高韧性尼龙66树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述缩聚反应为将步骤(1)中得到的混合物溶液、己二酸己二胺盐、催化剂、封端剂和去离子水在加压下进行预缩聚反应后再在真空条件下进行二次缩聚反应。
9.根据权利要求8所述的高透明高韧性尼龙66树脂的制备方法，其特征在于，所述预缩聚反应的反应条件为：反应温度210～230℃，反应压力1.5～2.0MPa，反应时间1～2h；所述二次缩聚反应的操作步骤为：预缩聚反应完成后将釜内温度升高至260～280℃，并在45～90min内将釜内压力降至常压，随后抽真空，保持釜内真空度为-0.08～-0.06MPa，反应0.5～2h。
10.根据权利要求1或2或3所述的高透明高韧性尼龙66树脂的制备方法，其特征在于，所述催化剂为次磷酸钠、亚磷酸钠、磷酸酯和次磷酸酯中的一种或几种，所述封端剂为苯甲酸、对苯二甲酸和2-奈甲酸中的一种或几种。
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