本发明属于高分子合成领域，涉及一种耐高温生物基pa10t共聚物材料及其制备方法。
背景技术：
聚酰胺66，是由杜邦公司的卡罗瑟斯博士在20世纪30年代，通过对一系列聚酯和聚酰胺类化合物进行了深入研究之后，由己二胺和己二酸合成出来的。这种聚酰胺不溶于普通溶剂，具有优良的自润滑性、耐磨性、机械强度、电绝缘性等；其熔点为264℃，远远高于熨烫温度，并且所制的纤维具有良好外观和光泽，在结构和性质上也接近天然丝，在纤维领域很快得到广泛的应用。此后尼龙的相关产业飞速发展，其应用领域也在不断扩大。
近年来，随着汽车工业、电子电器、航空航天、军工、化工等领域对塑料材料要求的日渐提高，耐热型聚酰胺的市场需求也急剧扩大。
目前市场上常见的耐高温pa主要包括以下几种：聚己二酰丁二胺(pa46)、聚对苯二甲酰己二胺(pa6t)、聚对苯二甲酰壬二胺(pa9t)，dsm公司开发的pa46结晶度高，结晶速率快，力学性能优异，但由于酰胺基团含量高，因此吸水率也高，材料稳定性差；pa9t是由日本可乐丽公司独家开发的产品，该产品在高温环境下具有良好的韧性，同时还具有超低的吸水率，但由于合成pa9t的原料壬二胺技术路线复杂，限制了其大规模推广；聚对苯二甲酰癸二胺(pa10t)是国内发展起来的耐高温pa新品种，吸水率特别低，综合性能相当优越，其产业化可填补特种工程塑料和普通工程塑料之间的空白。并且其生产原料癸二胺来自蓖麻油，属于生物基环保材料，因此显示出很强的市场竞争力。
然而，pa10t熔点高达320℃左右，其热降解温度为350℃，加工窗口(加工温度范围)较窄，但耐高温尼龙在实际使用中，最高温度一般为260℃，因此在不影响使用性能的前提下，对pa10t进行共聚改性，适当降低其熔点，从而降低pa10t的加工温度，提高材料的加工稳定性具有极其重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中pa10t由于熔点高而导致的在后加工存在加工温度范围窄的缺陷，提供一种耐高温生物基pa10t共聚物材料。
本发明的另一个目的是提供一种上述耐高温生物基pa10t共聚物材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐高温生物基pa10t共聚物材料，由包含以下重量份的组分制成：
对苯二甲酸100份，
癸二胺99-103份，
共聚组分7.56-22.63份，
成核剂0.3-0.55份，
催化剂0.1-0.3份，
溶剂150-200份。
所述共聚组分为脂肪族尼龙盐或脂肪族尼龙聚合物中的一种或一种以上。
所述脂肪族尼龙盐选自尼龙66盐、尼龙610盐和尼龙10i盐中的一种。
所述脂肪族尼龙聚合物选自pa66、pa610、pa6中的一种。
所述成核剂选自硫酸钡、二氧化钛、二氧化硅、碳酸钙、滑石粉中一种；所述成核剂优选硫酸钡。
所述催化剂选自次亚磷酸钠、次亚磷酸钾、亚磷酸钠、次亚磷酸镁、次亚磷酸钙或次亚磷酸锌中的一种或一种以上的物质；所述催化剂优选次亚磷酸钠。
所述溶剂为去离子水、甲醇、乙醇中的一种；所述溶剂优选去离子水。
本发明还提供了一种上述耐高温生物基pa10t共聚物材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按上述组分称取对苯二甲酸100份，癸二胺99-103份，共聚组分7.56-22.63份，成核剂0.3-0.55份，催化剂0.1-0.3份，混合均匀后将其加入到装有高效搅拌装置的高压聚合反应釜中，称取150-200份溶剂于反应釜中，密封高压聚合反应釜，启动搅拌至各组分混合，并在反应釜中充入惰性气体以置换其中残留的空气，置换完成后在反应釜内保留0.05mpa-0.08mpa的惰性气体做为保护气；通常重复置换次数为3-5次；
步骤二，各组分投料混合后，高压聚合反应釜加热升温至100-150℃，并保持该温度1-2h至对苯二甲酸和癸二胺完全反应形成pa10t盐，此步骤持续搅拌；
步骤三：保温结束后，高压聚合反应釜继续加热，持续搅拌，待反应釜内一定压力后通过释放体系水分使反应釜处于恒压状态，后反应釜内温度继续升至285-305℃时，将反应釜内压力泄压至常压，降低搅拌转速至4-12r/min，同时控制釜内温度在310-330℃，向反应釜充入惰性气体，出料即得耐高温生物基pa10t共聚物材料。
所述步骤一或三的惰性气体为氮气、二氧化碳、氩气或氦气；所述惰性气体优选氮气。
所述步骤一和二中搅拌转速及步骤三中降低搅拌转速之前搅拌转速均为60-100r/min。
所述步骤三中恒压压力为2.0-3.0mpa，恒压时间为1-2小时。
所述步骤三中惰性气体充入反应釜，至反应釜内压力达到0.5-1.2mpa。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明所述共聚物材料熔点降低了10-30℃，拓宽了其加工窗口，提高了该共聚物材料加工的稳定性，同时保持了共聚物材料仍然具有耐高温、力学性能优异、尺寸相对稳定等特性；
(2)本发明所述制备方法工艺简单，聚合一步到位，省去传统聚合成盐、预聚合、固相增粘等繁琐步骤，大大节约了成本和生产时间，较为适合工业推广；
(3)本发明采用的聚合溶剂为去离子水，经济实惠、绿色环保。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
按重量份称取对苯二甲酸100份，癸二胺99份，尼龙66盐17.54份，催化剂次亚磷酸钠0.1份，成核剂硫酸钡0.3份混合均匀后倒入聚合反应釜中，注入150份去离子水于反应釜中，密封高压聚合反应釜，开启搅拌装置，搅拌速度为60r/min，用氮气置换高压反应釜内的空气3次，并在釜内保留0.05mpa的氮气作为保护气；
通过循环导热油使反应釜内温度升至100℃并保温2小时，至对苯二甲酸和癸二胺完全反应形成pa10t盐；
保温结束，对反应釜继续加热，当釜内压力达到2.0mpa时通过释放体系反应产生的水分使反应釜内处于恒压状态，恒压时间2小时，后待反应釜内温度升至285℃时，将反应釜内压力泄压至常压，控制釜内温度为310℃，降低搅拌器转速至4r/min，向反应釜充入1.2mpa氮气，出料即得本发明所述的耐高温生物基pa10t共聚物材料。
实施例2
按重量份称取对苯二甲酸100份，癸二胺100份，尼龙67.56份，催化剂次亚磷酸钙0.3份，成核剂滑石粉0.55份混合均匀后倒入聚合反应釜中，注入200份去离子水于反应釜中，密封高压聚合反应釜，开启搅拌装置，搅拌速度为100r/min，用二氧化碳置换高压反应釜内的空气4次，并在釜内保留0.08mpa的二氧化碳作为保护气；
通过循环导热油使反应釜内温度升至120℃并保温1.5小时，至对苯二甲酸和癸二胺完全反应形成pa10t盐；
保温结束，对反应釜继续加热，当釜内压力达到2.8mpa时通过释放体系产生的水分使反应釜内处于恒压状态，恒压时间1.2小时，后待反应釜内温度升至260℃时，再次恒温1小时以使尼龙6完全熔融参与聚合，继续升温到305℃，将反应釜内压力泄压至常压，控制釜内温度为330℃，降低搅拌器转速至8r/min，向反应釜充入0.5mpa二氧化碳，出料即得本发明所述的耐高温生物基pa10t共聚物材料。
实施例3
按重量份称取对苯二甲酸100份，癸二胺103份，尼龙10i盐22.63份，催化剂次亚磷酸钾0.2份，成核剂二氧化硅0.45份混合均匀后倒入聚合反应釜中，注入180份去离子水于反应釜中，密封高压聚合反应釜，开启搅拌装置，搅拌速度为85r/min，用氩气置换高压反应釜内的空气5次，并在釜内保留0.07mpa的氩气作为保护气；
通过循环导热油使反应釜内温度升至150℃并保温1小时，至对苯二甲酸和癸二胺完全反应形成pa10t盐；
保温结束，对反应釜继续升温，当釜内压力达到3.0mpa时通过释放体系反应产生的水分使釜内处于恒压状态，恒压时间1小时，后待反应釜内温度为295℃时，将反应釜内压力泄压至常压，控制釜内温度为315℃，降低搅拌器转速至10r/min，向反应釜充入0.8mpa氩气，出料得到本发明所述的耐高温生物基pa10t共聚物材料。
实施例4
按重量份称取对苯二甲酸100份，癸二胺101份，尼龙610盐(或聚合物pa610)21.29份，催化剂次亚磷酸锌0.25份，成核剂二氧化钛0.35份混合均匀后倒入聚合反应釜中，注入190份去离子水于反应釜中，密封高压聚合反应釜，开启搅拌装置，搅拌速度为75r/min，用氮气置换高压反应釜内的空气3次，并在釜内保留0.07mpa氮气作为保护气；
通过循环导热油使反应釜内温度升至130℃并保温1.2小时，至对苯二甲酸和癸二胺完全反应形成pa10t盐；
保温结束，对反应釜继续升温，当釜内压力达到2.8mpa时通过释放体系反应产生的水分使釜内处于恒压状态，恒压时间2小时，后待反应釜内温度为290℃时，将反应釜内压力泄压至常压，控制釜内温度为320℃，降低搅拌器转速至6r/min，向反应釜充入1.0mpa惰性气体，出料得到本发明所述的耐高温生物基pa10t共聚物材料。
实施例5
按重量份称取对苯二甲酸100份，癸二胺100份，聚合物尼龙669.6份，催化剂次亚磷酸钙0.15份，成核剂碳酸钙0.35份混合均匀后倒入聚合反应釜中，注入170份去离子水于反应釜中，密封高压聚合反应釜，开启搅拌装置，搅拌速度为75r/min，用氮气置换高压反应釜内的空气3次，并保留0.075mpa氮气作为保护气；
通过循环导热油使反应釜内温度升至100℃并保温2小时，至对苯二甲酸和癸二胺完全反应形成pa10t盐；
保温结束，对反应釜继续升温，当釜内压力达到2.45mpa时通过释放体系反应产生的水分使釜内处于恒压状态，恒压时间2小时，后待反应釜内温度为290℃时再次恒温1小时以使尼龙66完全熔融参与聚合，继续升温待反应釜内温度为300℃时，将反应釜内压力泄压至常压，控制釜内温度为315℃，降低搅拌器转速至4r/min，向反应釜充入1.0mpa氮气，出料即得本发明所述的耐高温生物基pa10t共聚物材料。
实施例6
按重量份称取对苯二甲酸100份，癸二胺102份，聚合物尼龙61022.5份，催化剂亚磷酸钠0.27份，成核剂硫酸钡0.45份混合均匀后倒入聚合反应釜中，注入185份去离子水于反应釜中，密封高压聚合反应釜，开启搅拌装置，搅拌速度为95r/min，用氮气置换高压反应釜内的空气3次，并保留0.08mpa氮气作为保护气；
通过循环导热油使反应釜内温度升至120℃并保温1.5小时，至对苯二甲酸和癸二胺完全反应形成pa10t盐；
保温结束，对反应釜继续升温，当压力为2.65mpa时通过释放体系反应产生的水分使釜内处于恒压状态，恒压时间2小时，后待反应釜内温度为275℃时再次恒温1小时以使尼龙610完全熔融参与聚合，继续升温待反应釜内温度为295℃时，将反应釜内压力泄压至常压，控制釜内温度为325℃，降低搅拌器转速至8r/min，向反应釜充入0.7mpa氮气，出料即得本发明所述的耐高温生物基pa10t共聚物材料。
取各实施例中材料及纯pa10t进行注塑成型，其中纯pa10t作为对比例，进行相关性能测试，且均进行玻纤增强改性实验(玻纤含量为50％)以测试其耐热性(热变形温度)。
实施例1-6及对比例的性能测试结果如表1。其中，熔点测试采用差示扫描热量计(dsc热分析仪)进行测试分析得到；拉伸性能按astmd638-10测试,拉伸速率5mm/min；简支梁 缺口冲击强度按astmd6110-10测试；弯曲强度按astmd790-10测试，下压速度1.25mm/min；热变形温度按astmd648-07测试。
表1
通过对各实施例和对比例的性能测试结果可以看出，本发明采用的制备方法聚合过程一步到位，大大节约了成本和时间，适合工业化推广，通过本发明制备方法得到的耐高温生物基pa10t共聚物材料熔点较高，加纤后热变形高达270℃以上，相对pa10t降低幅度不是很大，仍具有明显的耐高温性能、同时力学性能相对pa10t也无太大波动，因此基本不影响使用，本发明制备的耐高温生物基pa10t共聚物材料由于熔点得到一定程度下降，加工温度也有一定程度的降低，使得加工窗口扩大，材料加工的稳定性大大提高。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。