一种高耐热PA510T共聚酰胺及其制备方法与流程

一种高耐热pa510t共聚酰胺及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及尼龙工业丝制备的技术领域，尤其是涉及一种高耐热pa510t共聚酰胺及其制备方法。


背景技术：

2.随着电器领域推行小型化以及车辆工程超轻量化发展，对耐高温聚酰胺材料也提出了更高的性能要求，目前市售聚酰胺产品的玻璃化转变温度基本上都低于130℃，甚至低于120℃，而如果想要共聚以提高材料的玻璃化转变温度，同时其熔点也会升高，聚酰胺pa5t、聚酰胺pa6t这类聚酰胺的熔点均高于其热分解温度350℃，难以实现加工，因此需要通过共聚改性提高其玻璃化转变温度的同时降低熔点。
3.专利申请号为201910474696.4的中国发明专利公开了一种耐高温低吸水的聚酰胺共聚物pa5xt及其制备方法，采用脂肪族聚酰胺作为改性单体进行共聚；专利申请号为202110389000.5的中国发明专利公开了一种耐高温pa6t及其合成方法，以2,6-蒽二甲酸作为原料参与共聚；专利申请号为201711461343.8的中国发明专利公开了一种pa(66-co-6t)共聚物的制备方法，采用pa66作为改性单体进行共聚；专利申请号为201810115469.8的中国发明专利公开了一种pa(6-co-6t)共聚物的制备方法，采用pa6作为改性单体进行共聚。在上述专利中采用的改性单体结构虽然能够降低熔点，提高材料的加工性能，但是，共聚酰胺的玻璃化转变温度也随之降低，对材料的耐热性和最高使用温度产生显著影响。


技术实现要素：

4.为了解决如何使得共聚酰胺材料在具有较高的玻璃化转变温度的同时降低其熔点的技术问题，本发明的目的在于提供了一种高耐热pa510t共聚酰胺及其制备方法，采用pa10t作为共聚组分，可以在有效降低熔点，保证其加工性的同时，减少对玻璃化转变温度的影响，保证材料具有良好的加工性和耐热性。
5.本发明的目的通过以下技术方案予以实现：第一方面，本发明提供了一种高耐热pa510t共聚酰胺，所述pa510t共聚酰胺的结构单元如下：其中，m为pa5t占pa510t共聚酰胺的摩尔比例，n为pa10t占pa510t共聚酰胺的摩尔比例，m+n＝1，m:n的比值范围为5～95：5～95。
6.聚酰胺pa5t的熔点高于其热分解温度350℃，难以在常规条件下实现加工，通常采用共聚一些脂肪族聚酰胺来破坏聚合物分子链规整性和对称性，实现降低其熔点的目的。但这些长碳链结构引入也大幅降低了整个分子链中苯环单元的比例，其玻璃化转变温度也
随之降低，材料的热变形温度受到较大影响。本发明通过采用同类型的半芳香族聚酰胺pa10t作为共聚组分，可以在有效降低熔点保证其加工性的同时，减少对玻璃化转变温度的影响，提高其热变形温度，保证材料同时具有良好的加工性和耐热性。引入的pa10t长碳链结构同样会破坏聚合物分子链规整性和对称性，增加主链上内旋转的单键比例，且pa10t具有较低熔点，因而能够促进升温过程中大分子链段的无规则运动，降低共聚酰胺的熔点，保证其加工性。并且pa10t中同样具有苯环结构单元，可以保证整个分子链中苯环单元的比例不会大幅降低，这样可以保证分子链具有较大的刚性，在升温过程中分子链运动更加困难，玻璃化转变温度不受太大影响，从而保证其具有较好的耐热性。并且共聚酰胺的热学性能(熔点和玻璃化转变温度的最大值)不高于共聚中主体材料的热学性能，pa5t的玻璃化转变温度高达150℃以上，而pa10t的玻璃化转变温度最高为125℃，因此选择pa5t这一具有高玻璃化转变温度的组分作为共聚酰胺中占主体的材料。
7.作为优选，所述pa510t共聚酰胺的玻璃化转变温度为130～140℃，熔点为270～330℃、热变形温度为100～130℃(1.8mpa)。
8.作为优选，所述m:n的比值范围为60～80：20～40，所述pa510t共聚酰胺的玻璃化转变温度为130～140℃、熔点为280～330℃、热变形温度为110～130℃(1.8mpa)。
9.共聚组分的比例会影响玻璃化温度和熔点，在该范围内能够保持具有较高玻璃化转变温度的同时，降低熔点，同时提高共聚酰胺的加工性能和热稳定性。
10.第二方面，本发明还提供了一种上述高耐热pa510t共聚酰胺的制备方法，包括如下步骤：(1)成盐：将对苯二甲酸、戊二胺、癸二胺、催化剂和除盐水混合，通入惰性气体并升温至60～90℃，持续搅拌1～2h，得到pa510t盐溶液；(2)预聚：将pa510t盐溶液先升温至260～290℃，保持压力为1.5～3mpa，反应1～2h，之后泄压至常压，得到预聚物；(3)终缩聚：将预聚物抽真空至负压-0.06～-0.01mpa，升温至290～340℃下反应0.5～2h，得到pa510t共聚酰胺。
11.本发明采用一步成盐的方式，再进行预聚、缩聚，得到高耐热pa510t共聚酰胺，通过原料添加量以及温度、压力等工艺参数条件的控制，控制共聚组分的比例，进而调整玻璃化转变温度和熔点，保证材料具有良好的加工性和耐热性。
12.作为优选，步骤(1)中，所述对苯二甲酸、戊二胺和癸二胺的摩尔比为100：5～95：5～95。
13.作为优选，步骤(1)中，所述催化剂为磷酸、硼酸、亚磷酸、次磷酸钠和次磷酸锌中的一种或多种；所述催化剂的质量为对苯二甲酸、戊二胺和癸二胺质量之和的0.1～0.5％。
14.作为优选，步骤(1)中，所述除盐水的质量为苯二甲酸、戊二胺和癸二胺质量之和的30～70％。
15.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过采用同类型的半芳香族聚酰胺pa10t作为共聚组分，可以在有效降低熔点，保证其加工性的同时，减少对玻璃化转变温度的影响，保证材料具有良好的加工性和耐热性，扩大可加工温度范围，不易热变形。
具体实施方式
16.以下用具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：总实施例一种高耐热pa510t共聚酰胺的结构单元如下：其中，m为pa5t占pa510t共聚酰胺的摩尔比例，n为pa10t占pa510t共聚酰胺的摩尔比例，m+n＝1，m:n的比值范围为5～95：5～95，pa510t共聚酰胺的玻璃化转变温度为120～140℃，更进一步地，m:n的比值范围为60～80：20～40，pa510t共聚酰胺的玻璃化转变温度为130～140℃。pa510t共聚酰胺的熔点为270～330℃，热变形温度为100～130℃(1.8mpa)。
17.上述高耐热pa510t共聚酰胺的制备方法包括如下步骤：(1)成盐：将对苯二甲酸、戊二胺、癸二胺、催化剂和除盐水混合，所述对苯二甲酸、戊二胺和癸二胺的摩尔比为100：5～95：5～95，所述催化剂为磷酸、硼酸、亚磷酸、次磷酸钠和次磷酸锌中的一种或多种，所述催化剂的质量为对苯二甲酸、戊二胺和癸二胺质量之和的0.1～0.5％，所述除盐水的质量为苯二甲酸、戊二胺和癸二胺质量之和的30～70％；通入惰性气体并升温至60～90℃，持续搅拌1～2h，得到pa510t盐溶液；(2)预聚：将pa510t盐溶液先升温至260～290℃，保持压力为1.5～3mpa，反应1～2h，之后泄压至常压，得到预聚物；(3)终缩聚：将预聚物抽真空至负压-0.06～-0.01mpa，升温至290-340℃下反应0.5～2h，得到pa510t共聚酰胺。
18.实施例1高耐热pa510t共聚酰胺的制备方法包括如下步骤：(1)成盐：将332.23g对苯二甲酸、122.70g戊二胺、138.02g癸二胺、1.2g磷酸催化剂和300g除盐水加入高温高压反应釜中；通入氮气置换釜内空气，并升温至80℃，持续搅拌2h，得到pa510t盐溶液；(2)预聚：将pa510t盐溶液先升温至280℃，通过排水保持压力为2.0mpa，反应2h，逐渐排水降至常压，并逐渐升温至295℃，得到预聚物；(3)终缩聚：将预聚物抽真空至负压-0.05mpa，升温至295℃下反应1h，得到pa510t共聚酰胺。
19.实施例2高耐热pa510t共聚酰胺的制备方法包括如下步骤：(1)成盐：将332.23g对苯二甲酸、130.78g戊二胺、124.05g癸二胺、1.2g磷酸催化剂和300g除盐水加入高温高压反应釜中；通入氮气置换釜内空气，并升温至80℃，持续搅拌2h，得到pa510t盐溶液；(2)预聚：将pa510t盐溶液先升温至280℃，通过排水保持压力为2.0mpa，反应2h，逐渐排水降至常压，并逐渐升温至300℃，得到预聚物；(3)终缩聚：将预聚物抽真空至负压-0.05mpa，升温至300℃下反应1h，得到pa510t
共聚酰胺。
20.实施例3高耐热pa510t共聚酰胺的制备方法包括如下步骤：(1)成盐：将332.23g对苯二甲酸、138.95g戊二胺、110.27g癸二胺、1.2g磷酸催化剂和300g除盐水加入高温高压反应釜中；通入氮气置换釜内空气，并升温至80℃，持续搅拌2h，得到pa510t盐溶液；(2)预聚：将pa510t盐溶液先升温至280℃，通过排水保持压力为2.0mpa，反应2h，逐渐排水降至常压，并逐渐升温至315℃，得到预聚物；(3)终缩聚：将预聚物抽真空至负压-0.05mpa，升温至315℃下反应1h，得到pa510t共聚酰胺。
21.实施例4高耐热pa510t共聚酰胺的制备方法包括如下步骤：(1)成盐：将332.23g对苯二甲酸、147.22g戊二胺、96.31g癸二胺、1.2g磷酸催化剂和300g除盐水加入高温高压反应釜中；通入氮气置换釜内空气，并升温至80℃，持续搅拌2h，得到pa510t盐溶液；(2)预聚：将pa510t盐溶液先升温至280℃，通过排水保持压力为2.0mpa，反应2h，逐渐排水降至常压，并逐渐升温至330℃，得到预聚物；(3)终缩聚：将预聚物抽真空至负压-0.05mpa，升温至330℃下反应1h，得到pa510t共聚酰胺。
22.实施例5高耐热pa510t共聚酰胺的制备方法包括如下步骤：(1)成盐：将332.23g对苯二甲酸、158.52g戊二胺、77.31g癸二胺、1.2g磷酸催化剂和300g除盐水加入高温高压反应釜中；通入氮气置换釜内空气，并升温至80℃，持续搅拌2h，得到pa510t盐溶液；(2)预聚：将pa510t盐溶液先升温至280℃，通过排水保持压力为2.0mpa，反应2h，逐渐排水降至常压，并逐渐升温至340℃，得到预聚物；(3)终缩聚：将预聚物抽真空至负压-0.05mpa，升温至340℃下反应1h，得到pa510t共聚酰胺。
23.实施例6高耐热pa510t共聚酰胺的制备方法包括如下步骤：(1)成盐：将332.23g对苯二甲酸、102.18g戊二胺、172.31g癸二胺、1.2g磷酸催化剂和300g除盐水加入高温高压反应釜中；通入氮气置换釜内空气，并升温至80℃，持续搅拌2h，得到pa510t盐溶液；(2)预聚：将pa510t盐溶液先升温至280℃，通过排水保持压力为2.0mpa，反应2h，逐渐排水降至常压，并逐渐升温至290℃，得到预聚物；(3)终缩聚：将预聚物抽真空至负压-0.05mpa，升温至290℃下反应1h，得到pa510t共聚酰胺。
24.对比例1采用本发明所述方法，制备pa5t-6共聚酰胺。
25.(1)成盐：将249.20g对苯二甲酸、153.27g戊二胺、113.16g己内酰胺、1.2g磷酸催化剂和300g除盐水加入高温高压反应釜中；通入氮气置换釜内空气，并升温至80℃，持续搅拌2h，得到pa5t-6盐溶液；(2)预聚：将pa5t-6盐溶液先升温至280℃，通过排水保持压力为2.0mpa，反应2h，逐渐排水降至常压，并逐渐升温至320℃，得到预聚物；(3)终缩聚：将预聚物抽真空至负压-0.05mpa，升温至325℃下反应1h，得到pa5t-6共聚酰胺。
26.对比例2采用本发明所述方法，制备pa5t-66共聚酰胺。
27.(1)成盐：将249.20g对苯二甲酸、153.27g戊二胺、73.07g己二酸、58.10g己二胺、1.2g磷酸催化剂和300g除盐水加入高温高压反应釜中；通入氮气置换釜内空气，并升温至80℃，持续搅拌2h，得到pa5t-66盐溶液；(2)预聚：将pa5t-66盐溶液先升温至280℃，通过排水保持压力为2.0mpa，反应2h，逐渐排水降至常压，并逐渐升温至325℃，得到预聚物；(3)终缩聚：将预聚物抽真空至负压-0.05mpa，升温至330℃下反应1h，得到pa5t-66共聚酰胺。
28.对比例3采用本发明所述方法，制备pa6t-6共聚酰胺。
29.(1)成盐：将249.20g对苯二甲酸、174.30g己二胺、113.16g己内酰胺、1.2g磷酸催化剂和300g除盐水加入高温高压反应釜中；通入氮气置换釜内空气，并升温至80℃，持续搅拌2h，得到pa6t-6盐溶液；(2)预聚：将pa6t-6盐溶液先升温至280℃，通过排水保持压力为2.0mpa，反应2h，逐渐排水降至常压，并逐渐升温至320℃，得到预聚物；(3)终缩聚：将预聚物抽真空至负压-0.05mpa，升温至325℃下反应1h，得到pa6t-6共聚酰胺。
30.对比例4采用本发明所述方法，制备pa6t-66共聚酰胺。
31.(1)成盐：将249.20g对苯二甲酸、73.07g己二酸、232.4g己二胺、1.2g磷酸催化剂和300g除盐水加入高温高压反应釜中；通入氮气置换釜内空气，并升温至80℃，持续搅拌2h，得到pa6t-66盐溶液；(2)预聚：将pa6t-66盐溶液先升温至280℃，通过排水保持压力为2.0mpa，反应2h，逐渐排水降至常压，并逐渐升温至325℃，得到预聚物；(3)终缩聚：将预聚物抽真空至负压-0.05mpa，升温至330℃下反应1h，得到pa6t-66共聚酰胺。
32.对比例5采用本发明所述方法，制备pa5t-5i共聚酰胺。
33.(1)成盐：将83.07g对苯二甲酸、332.26g间苯二甲酸、255.45g戊二胺、1.2g磷酸催化剂和350g除盐水加入高温高压反应釜中；通入氮气置换釜内空气，并升温至80℃，持续搅拌2h，得到pa5t-5i盐溶液；
(2)预聚：将pa5t-5i盐溶液先升温至280℃，通过排水保持压力为2.0mpa，反应2h，逐渐排水降至常压，并逐渐升温至335℃，得到预聚物；(3)终缩聚：将预聚物抽真空至负压-0.05mpa，升温至340℃下反应0.5h，得到pa5t-5i共聚酰胺。
34.对比例6采用本发明所述方法，制备pa6t-10t共聚酰胺。
35.(1)成盐：将332.26g对苯二甲酸、139.44g己二胺、137.85g癸二胺、1.2g磷酸催化剂和300g除盐水加入高温高压反应釜中；通入氮气置换釜内空气，并升温至80℃，持续搅拌2h，得到pa6t-10t盐溶液；(2)预聚：将pa6t-10t盐溶液先升温至280℃，通过排水保持压力为2.0mpa，反应2h，逐渐排水降至常压，并逐渐升温至330℃，得到预聚物；(3)终缩聚：将预聚物抽真空至负压-0.05mpa，升温至335℃下反应0.5h，得到pa6t-10t共聚酰胺。
36.表1表1从表1中可以看出，实施例1-6均采用pa5t和pa10t共聚改性制备得到，其玻璃化转变温度均高于120℃，而熔点均低于330℃，低于聚酰胺的热分解温度350℃，保证了其具有良好的加工性。实施例1-5中pa510t的m:n比值范围为60～80：20～40，其玻璃化转变温度可达130℃及以上，热变形温度也较高，耐热性较好。对比例1-4分别采用pa6、pa66共聚改性降低熔点保证其加工性，但其玻璃化转变温度也随之大幅下降，其耐热性比通过pa10t共聚改性的共聚酰胺要差很多。如实施例4和对比例2，可以发现两者具有接近的熔点，但它们的玻璃化转变温度和热变形温度(1.8mpa)差距明显。
37.对比例5采用pa5t和pa5i共聚进行改性，将其与实施例1-2进行比较，为达到相近
的热变形温度和玻璃化转变温度条件，pa5i与pa10t与pa10t间的分子链配合性以及采用的共聚摩尔比就存在很大差异，且对比例5的熔点较高(与实施例1-2中的熔点相差大于30℃)，而pa5t-5i和pa5t-10t的热分解温度均在350℃左右，pa5t-10t的熔点更低，加工温度更低且可加工温度范围区间更大。对比例6采用pa6t和pa10t共聚进行改性，将其与实施例1进行比较，在相同摩尔比共聚以及达到相近的热变形温度和玻璃化转变温度条件下，实施例1中的熔点远高于对比例6中的熔点，大大降低了加工温度与设备要求，可加工性更好且能耗更低。这是由于pa5t、pa6t和pa10t的分子链间的配合性不同，pa5t-10t能够发挥出更好的效果，且玻璃化转变温度也更高。
38.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。