低磷低色度的聚酰胺的制作方法

聚酰胺树脂及其制备方法是众所周知的。当根据常规方法制造，但不存在常规颜料时，这些树脂倾向于显示出变化程度的非所需的黄变，且黄度随着时间流逝增加。聚酰胺树脂通常还显示出增加的黄度，当暴露于与随后常用的熔融加工操作有关的高温下时。由于许多这些聚酰胺树脂长时间段地储存和鉴于在模塑和挤出过程中反复的熔融循环可能性，因此有动机提供最初显示出低色度和随着时间流逝继续显示出低色度的改进的聚酰胺树脂。含磷化合物是聚合聚酰胺的公知催化剂。值得注意的是，使用这些化合物导致具有较大白度和颜色稳定性的聚酰胺，这可能是因为聚酰胺的氧化和热降解程度下降。参见例如美国专利No.5,929,200。更特别地，次磷酸盐化合物用作聚合聚酰胺的催化剂，正例如在美国专利Nos.3,860,558；3,173,898；和3,691,131中所描述的。添加含磷化合物到聚酰胺，例如尼龙6,6中充当聚酰胺的颜色稳定剂。然而，这些化合物还充当聚合催化剂和有时充当成核剂。参见例如美国专利Nos.6,197,855；和4,237,034。常常使用成核剂改进聚酰胺的模塑周期时间或结晶速率。例如，美国专利No.3,080,345公开了使用苯基亚膦酸钠，异丁基亚膦酸钠，氧化镁，溴化汞，氯化汞，乙酸镉，乙酸铅，或酚酞作为成核剂。美国专利Nos.3,585,264和4,866,115还公开了使用成核剂用以改进聚酰胺的结晶速率。美国专利No.6,197,855公开了在缩聚步骤之前，之中或之后，将尼龙2,2和含磷的增白剂引入到聚酰胺内。优选地，在缩聚步骤之中，添加含磷的增白剂，导致白色聚合物。然而，归因于使用含磷化合物的永久问题包括在注塑过程中粘度增加和在制造过程中工艺/聚合设备内形成沉积物。本发明涉及(i)低磷含量用于改进颜色，催化活性和低沉积物/析出的用途，(ii)为最大化注塑生产率而设计的端基结构；和(iii)在聚合之后，但在注塑之前，将含金属的化合物施加到聚酰胺(典型地粒料形式)外侧，以减少注塑过程中含磷化合物的催化活性，同时保护聚合过程中含磷化合物的催化行为的完整性。本发明反映了预料不到地发现：使用常规认为太低用量以致于无法有效地防止黄变的含磷化合物在制备低色度的聚酰胺中令人惊奇地有效，其中低的颜色在长的时间段内没有劣化。提供颜色和聚合速率改进的这些相同的低水平的磷在聚合和加工设备内还减少磷酸盐板面析出的负面影响。技术实现要素：本发明的一个方面是含25至50ppm磷的低色度的聚酰胺，其中磷以含磷化合物形式存在。本发明的另一方面是含25至50ppm磷的低色度的聚酰胺的制备方法。本发明的另一方面是一种制品，它包括含25至50ppm磷的低色度的聚酰胺。在本发明的一个方面中，低色度的聚酰胺包括25至45ppm，例如25至40ppm，例如25至35ppm，例如25至30ppm的磷。在本发明的一个方面中，含磷化合物选自次磷酸，磷酸和它们各自的盐。次磷酸和次磷酸钠(SHP)是优选的含磷化合物。在本发明的一个方面中，低色度的聚酰胺进一步包括特别地在注塑过程中，能减少含磷化合物催化效果的至少一种含金属的化合物。在本发明的一个方面中，低色度的聚酰胺进一步包括1,200至1,800ppm羧酸，例如低级羧酸(例如，乙酸或丙酸)，邻苯二甲酸，苯甲酸或能赋予聚酰胺各种端基惰性(即，非反应性)的其他化合物。在本发明的一个方面中，聚酰胺选自尼龙6，尼龙4/6，尼龙6/6，尼龙6/10，尼龙6/12，尼龙11和尼龙12。在本发明的一个方面中，聚酰胺是尼龙6/6(本文中也称为尼龙66或尼龙6,6或尼龙66或聚酰胺66或PA66或PA66)。在本发明的一个方面中，低色度的聚酰胺进一步包括一种或多种添加剂，填料，增强剂和改性剂。在本发明的一个方面中，低磷的聚酰胺包括250至1,500ppm，例如250至1,000ppm，例如250至750ppm，例如250至500ppm，例如500至1,500ppm，例如500至1,000ppm，例如500至750ppm含金属的化合物。在本发明的一个方面中，黄色指数(yellowcolorindex)范围为-3至-9，例如-3至-8，例如-3至-7，例如-3至-6，例如-4至-9，例如-4至-8，例如-5至-9，例如-5至-8。在本发明的一个方面中，例如在聚酰胺已经加工之后，将含金属的化合物施加到聚酰胺固体形式的外表面上，其中该固体形式例如为粒料或薄片。或者，含金属的化合物可施加到粒料内部。在本发明的一个方面中，低磷聚酰胺(例如，尼龙66)具有特定的端基结构，例如胺端基，羧酸酯端基和包括单羧酸，单胺在内的所谓的惰性端基，能形成惰性亚胺端基的低级二羧酸，苯二甲酸类(phthalicacids)及其衍生物。所有这些组分的特定组合在聚合和加工过程中以含磷化合物的催化活性，最终产品的白度，低沉积形式提供观察到的聚合性能，并在注塑工艺过程中提供改进的熔体稳定性。附图说明附图代表例举的实施方案且并不意欲限制本文中另外描述的本发明范围。图1阐述了含沉积物的过滤器元件的扫描电镜图像。图2阐述了与降低水平磷有关的降低的过滤器变化成本。图3阐述了过滤器压力的上升相对于磷水平增加的示意图。图4阐述了磷水平(SHP)对PA66颜色(YI)的影响。图5阐述了磷水平(SHP)对模塑板颜色(YI)的影响。图6阐述了在SSP过程中，磷含量对RV增大的影响。图7阐述了磷水平和输送管线压力之间的关系。图8阐述了含有含磷化合物的PA66注塑时，RV的变化。图9阐述了含有含磷化合物且用乙酸封端的PA66注塑时，RV的变化。图10阐述了由不含磷的材料，含20ppm磷的材料，和含45ppm磷的材料组成的尼龙扎带的平均安装成功速率。具体实施方式除非另外说明，本文中描述的所有技术和科学术语具有与本发明公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本文中描述的“相对粘度”或“RV”是指在甲酸内聚合物溶液的粘度与甲酸本身粘度的比较，且使用90％甲酸和玻璃毛细管乌氏粘度计，根据ASTMD789测量。对于含有玻璃纤维或其他填料的样品来说，根据填料量，调节待溶解的样品的重量，提供所要求的11.0g纯树脂/100ml甲酸。本文中描述的“低色度”是指与不存在含磷化合物的情况下相比，黄度指数下降3至5个单位，这根据ASTM6290测量。同样可如标准，黄度指数(YI)，CIEX,Y，Z，和HunterL,a,b，或CIEL*,a*,b*中所描述的，使用合适的颜色测定方法。磷的浓度范围为25-45ppm且允许所描述的其他范围。应当注意端基在使用微当量的范围内(摩尔/百万克聚酰胺)且应当覆盖例如5至40摩尔/百万克，优选15至25微摩尔，和最优选20-33摩尔/百万克聚酰胺的范围。金属含量应当描述为mol金属/mol磷。在本发明的一个方面中，聚酰胺选自尼龙6，尼龙4/6，尼龙6/6，尼龙6/10，尼龙6/12，尼龙11，尼龙12，尼龙MXD6，共聚物尼龙(己内酰胺与六亚甲基二胺己二酸酯的共聚物，尼龙嵌段共聚物，和含这些尼龙作为主要组分的共聚物。诸如尼龙6/6之类聚酰胺的通用制备方法是众所周知的。通过本领域已知的常规方法制备本文描述的低磷聚酰胺，例如缩聚氨基羧酸或二胺和二羧酸的混合物，其中包括通过缩聚不同聚酰胺形成组分获得的共聚酰胺。参见例如，美国专利Nos.6,197,855；4,981,906；4,320,213；4,346,200；4,713,415；4,031,164；2,071,250；2,071,251；2,130,523；2,130,948；2,241,322；2,312,966；2,512,606；和3,393,210。合适的含磷化合物包括次磷酸，磷酸，和它们相应的盐。优选的含磷化合物包括次磷酸和次磷酸盐，例如次磷酸锂，次磷酸钠，次磷酸钾，次磷酸锶或次磷酸锌。本发明中使用的含多价金属的化合物充当磷催化剂的失活剂，其效果是减少后续熔体加工操作过程中聚酰胺分子量非所需的增加。可通过加入到聚酰胺中的含磷化合物和含多价金属的化合物的用量，控制磷催化剂失活的程度。合适的含多价金属的化合物是本领域技术人员众所周知的且包括第IIA族金属，锌和铝的卤化物，硝酸盐，和羧酸盐(例如，乙酸盐，丙酸盐，苯甲酸盐和硬脂酸盐)。优选的含多价金属的化合物是硬脂酸盐，例如二硬脂酸铝或硬脂酸锌。合适的羧酸包括乙酸，丙酸，苯甲酸，邻苯二甲酸或琥珀酸。低磷的聚酰胺的相对粘度(RV)范围为35至80，例如40至80，例如40至65，例如40至50。常规的注塑，挤塑，吹塑，压机模塑,压塑和气体辅助的模塑技术通常适合于模塑配混的聚酰胺。参见例如美国专利Nos.8,658,757；4,707,513；7,858,172；和8,192,664。可混合/共混低色度的聚酰胺与包括，但不限于下述的材料：玻璃纤维(例如，玻璃纤维，例如短切或粗纱形式)，蜡(包括例如乙烯双硬脂酰胺或硬脂基芥酰胺)，矿物，碳纤维，芳族聚酰胺纤维，纤维增强剂，链终止剂，粘度改性剂，增塑剂，热稳定剂，UV稳定剂，着色剂(例如，苯胺黑或炭黑)，催化剂，其他聚合物和抗冲改性剂，阻燃剂，消光剂，填料，抗微生物剂，抗静电剂，光学增白剂，增量剂，加工助剂，滑石，云母，石膏，硅灰石和本领域技术人员已知的其他常用的添加剂。优选地，添加剂是抗水解的短切玻璃，热稳定剂(包括例如铜热稳定剂，例如CuI或KI)和成核剂。额外的合适的添加剂可见于GeoffreyPritchard(1998)编辑的PlasticsAdditives,AnA-Z参考文献中。在例举的实施方案中，以分散体总重量约0.75％至约7.5％存在任选地添加到添加剂分散体中的稳定剂。适合于添加剂分散体的稳定剂包括，但不限于，聚乙氧化物(例如，聚乙氧化烷基苯酚TritonX-100)，聚丙氧化物，嵌段共聚物聚醚，长链醇，聚醇，烷基硫酸盐，烷基磺酸盐，烷基苯磺酸盐，烷基磷酸盐，烷基膦酸盐，烷基萘磺酸盐，羧酸和perfluoronate。在例举的实施方案中，将与聚酰胺混合/共混的材料本身(或其盐)加入到聚酰胺中或者使用合适的反应物就地形成与聚酰胺混合/共混的材料。术语“添加”在没有进一步澄清的情况下，拟涵盖或者添加材料本身到聚合物中或者在聚酰胺中就地形成该材料。在另一实施方案中，借助色母粒，添加与聚酰胺混合/共混的材料。在特别的实施方案中，含低分子量载体聚合物和高浓度添加剂材料的色母粒可与主聚酰胺源熔体共混。在一个实施方案中，将待混合/共混的材料加入到聚酰胺产品内部(例如以粒料或薄片形式)，而在另一实施方案中，将待混合/共混的材料加入到聚酰胺产品外部(例如以粒料或薄片形式)。受益于本文描述的改进的应用实例包括通过注塑方法，型材挤出方法，片材挤出方法和本领域技术人员已知的其他成形工艺制备的制品。可在电子和电气应用(例如，但不限于，断路器，接线端子，连接器和类似物)，机动车应用(例如，但不限于，空气调节系统，散热器端部罐(radiatorendtank)，风扇，侧支索和类似物)，家具和用具部件，和线材定位装置，例如尼龙扎带中使用这些制品。实施例/实验结果这些是涉及在生产聚酰胺中使用含磷化合物的若干方面。使用含磷化合物来改进颜色并充当催化剂，以实现改进的聚合速率。与使用某些含磷化合物有关的负面结果包括在聚合设备内沉积缩合的多聚磷酸盐，在注塑过程中缺少RV控制，和由含这些含磷化合物的材料模塑的制品物理性能下降。因此，在制造诸如尼龙之类的聚酰胺中使用含磷化合物要求聚酰胺色度的所需改进和聚合设备的非所需代价(toll)之间的平衡。通过过滤器寿命和模头滴料的程度(即与模头表面上存在的毛细孔相邻形成的沉积物)，测量在聚合设备上的磨耗评估。通过X-射线衍射分析，以三聚膦酸五钠形式观察在过滤器元件和模孔上形成而观察到的沉积物。图1是用这些三聚磷酸盐沉积物涂布的过滤器元件的扫描电镜图像。认为在制备聚酰胺的方法中因磷酸盐缩合，引起这一沉积物的存在。进行试验，其中磷的水平从60ppm下降到45ppm，且在磷水平下降之前，监控与过滤器元件变化有关的成本6月，然后继磷水平下降之后监控数月。观察到过滤器成本变化下降约50％。图2描绘了对于运行含磷聚酰胺的聚合管线来说的每月平均过滤器成本变化。令人惊奇地，在2013年的头半年到2013年的第四季度和2014年的第一季度，通过将磷水平从平均约57ppm降低到平均约50ppm，每月成本平均下降50％。通过将尼龙6,6挤出通过过滤组合件，并监控过滤器压力的上升，分析磷用量对磷酸盐沉积物的非所需沉积的影响。测试各种磷水平，并观察到压力上升，随浓度显著增加。参见图3。因此，由于以上赋予负面效果的实际理由，存在磷含量的上限。由于已观察到磷水平的实际上限，因此研究颜色改进和工艺速率的实际使用的下限。使用实验室高压釜工艺，生产具有不同磷水平的PA66样品，以便测定颜色改进和工艺速率改进有效的最小水平。表1概述了实验设计，它包括实验室高压釜实验和添加剂目标。表1对于PA66高压釜批次来说，测量每一批次的RV，色度(YI)，磷水平，胺端基，和乙酸端基，并概述于表2中。表2.对于不含磷或含低磷的批次来说，黄度指数较高。图4阐述了磷(P)对用变化的磷水平制备的PA66颜色的影响。预料不到地观察到，这些材料的YI在零(0)P和约24ppmP之间显著变化，然后在约45ppmP处略高，和在约69ppmP更加略高。这些结果清楚地且预料不到地表明在常规地低的磷水平下增加磷含量对色度的减少影响。采用SHP作为含磷化合物，使用两种不同的磷含量水平，制备在连续聚合单元中生产的PA66。由含这些两种不同磷水平的材料模塑板，并测量材料的色度。每周或者若干月左右测定板的色度。图5示出了这些模塑板的YI测量结果。用56ppm磷制备的板和用45ppm磷制备的板之间的色度差小，和这一色度差没有随着时间流逝显著变化。这一研究证明，添加SHP，PA66的色度得到改进，但一旦实现有效的水平，则随着时间流逝，色度或颜色稳定性很少或者没有改进。在制造诸如PA66之类聚酰胺中使用本发明的含磷化合物的额外优势是含磷化合物是一种催化剂，和采用它可实现较高的生产速率。为了回答关于磷含量的实际最大和最小浓度的问题，使用表1和2中描述的实验室高压釜样品，测定在不同磷水平下的催化效果。对每一样品在175℃下进行固态聚合。在增加的时间处重新取回样品，和每一次测定相对粘度或RV。在表3中概述了结果，其表明磷水平对SSPRV增大的影响，且图示于图6中。表3.批次编号磷175℃下的时间(min)RV040914C2B10ppm042.267047.8814050.4421053.4328558.1736061.68040914C2B228ppm045.757060.1314070.2121080.52285113360131.76041414C2B146ppm047.37070.8914085.81210112.68285144.84360166.43041014C2B268ppm048.167069.1414084.5210102.98285140.05360153.28聚合速率试验的结果表明在添加28ppm磷和46ppm磷的情况下，RV增大(build)速率增加，但与含有46ppm磷的样品相比，添加68ppm磷没有增加RV增大速率。这一研究表明约45ppm磷的预料不到地的磷含量实际的下限和在约68ppm磷下催化活性改进减少。在连续聚合工艺中证明了SHP作为聚合催化剂的效果。磷的水平从约56ppm下降到约40ppm(即，添加速率从1.18lbs/min减少到0.8lbs/min)。可根据直接在线材模头和造粒步骤之前输送管线内的压差，估计最终聚合物的粘度。在下述试验中，含磷催化剂量从56ppm变化到约40ppm磷，下降68％(即，从1.18lbs/min下降到0.8lbs/min)。输送管线内的压降在4小时的运行时间段内没有变化。在通过该工艺制造聚合物，在采用降低的磷水平情况下，这一运行时间段提供聚合物充足的停留时间。在这一试验过程中，没有观察到输送管线压差可识别的变化。参见图7。结论是产物熔体粘度(和因此产物分子量)没有因降低量磷的存在而变化。在约40ppmP和约56ppmP之间，含磷化合物的催化效果没有显著变化。这些实施例表明尽管在添加磷情况下，存在颜色的改进和催化速率的改进，但存在效果所要求的最小磷含量，和增加该含量高于最小量不会显著改进聚酰胺的颜色效果或归因于磷的催化剂活性。在磷含量增加的情况下，熔体滤网的性能和尼龙聚合的其他方面明显下降。工艺改进证明将目标磷含量从56ppm变化到45ppm。在例举的实施方案中，尼龙6,6是优选的聚酰胺且用于制备注塑制品，例如尼龙扎带，例如用于电气安装。可使用各种技术，例如UnderwritersLaboratory(UL)StandardNo.62275(它公开了例如如何安装尼龙扎带)描述的那些，测试尼龙扎带的性能。在特别的实施方案中，由一种或多种含尼龙6,6的材料，注塑尼龙扎带，并在防潮包装内密封，使它们保持模塑时一样干燥。然后，使用具有可调节张紧能力的安装工具，在例如钢的心轴上安装尼龙扎带，所述安装工具被设定为在从扎带中切割掉过量“尾部(tail)”之前，在安装过程中传输约35至37lbs的张力。若组装的尼龙扎带在没有任何断裂情况下安装，且在安装之后保持完整，则扎带的安装被视为成功。安装试验因此是合格-失败类型试验，其中成功率(即通过安装试验的扎带百分比)是包括含尼龙6,6的材料的扎带的韧度的量度，因为一部分尼龙扎带无法成功地安装。在为评估含尼龙6,6的材料内磷水平与含该材料的尼龙扎带安装成功之间相关性而设计的实验中，将具有不同磷(P)水平的一系列材料模塑成尼龙扎带，收集扎带并维持在“与模塑时一样干燥”的状态下。由不同生产编号组成的每一材料模塑若干种物品。对来自每一物品的许多尼龙扎带进行安装试验，并记录实现成功安装的样品分数。表4中概述了具有不同磷水平的三个这样的材料的结果。表4.材料平均成功率P水平(ppm)n(物品)n(扎带)95％CIVydyne215PC96.004510118840.36PIQ62197.78201078950.3221Z98.870323930.42P水平＝磷水平n(物品)＝所测试的物品数量n(扎带)＝所测试的尼龙扎带数量结果表明，对于不含磷的材料来说，平均安装成功率最高，含有20ppm磷的材料居中，和含45ppm磷的材料最低。图10中图示了这些结果。由于试验是合格-失败类型试验，因此预期该结果符合二项式(binomial)分布。根据成功安装的可能性和所测试的样品(尼龙扎带)数量，测定二项式分布的标准偏差(σ)。正因为如此，可通过增加所测试的样品数量，减少与测量有关的不确定性。测定到95％置信区间(CI)为+/-1.96x标准偏差，如下所述：μ(平均)＝通过的平均分数(pbar)σ(标准偏差)＝V(pbar*(l-pbar))/n}pbar的95％CI＝pbar+/-1.96σ数量高的测试样品和通过该试验的高可能性提供高的置信度-约0.4％-这足以允许下述声明：三种测试材料之间的性能差别在95％置信区间下是显著的。在注塑过程中含磷化合物增加尼龙6,6的RV或分子量的潜力是众所周知的。在注塑过程中，在控制RV增大的文献中描述的两种常规的方法是在使催化剂失活的(二价)金属聚合之前或之中引入到尼龙熔体内。参见例如美国专利Nos.8,501,900和5,929,200。这一方法的问题是，尽管引入含金属的化合物降低含磷化合物的催化效果，但它也干扰加速聚合的积极方面，而加速聚合本身会改进生产率。在第二方法中，描述了使用所谓的端基封端剂，例如乙酸。采用端基封端剂方法的问题是：它不是非常有效。在下述实施例中，表明在模塑树脂外部施加含金属的化合物预料不到地提供注塑过程中优异的分子量或RV增大控制。将采用这一有效的催化剂控制应用到聚酰胺产品的后聚合中，以便在该产品聚合当中享受磷的全部催化效果。进行研究，其中在各种湿度水平下注塑聚酰胺6,6粒料，且针对每一湿度条件，测定在RV或分子量增大方面的差别。图8示出了在较低湿度下，RV的变化大于20单位，而添加含金属的化合物，在这一情况下，500ppm硬脂酸锌到粒料的外表面上，将引起该材料较小的反应性且显示出在低湿度条件下，RV变化小于11RV单位。在另一研究中，证明磷水平和乙酸封端的效果。正如图9所示，注塑时RV的变化大于16RV单位，和对于含有1300至1500ppm乙酸的样品来说，接近20RV单位。因此，与添加含金属的化合物相比，使用乙酸封端剂对于控制RV增大的离子注塑来说不是有效的。本文中引述的所有公开的文献(例如，专利，杂志文章，书籍)通过参考全文引入。当前第1页1 2 3