本發(fā)明涉及高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料及其制備方法，屬于高分子化合物合成。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的不斷進(jìn)步，人們對材料性能的要求越來越高，尤其是在高強(qiáng)度、高透明性、低吸水率以及耐高溫等方面的需求日益增加。聚己二酰間苯二甲胺(mxd6)作為一種半芳香族聚酰胺，因其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，結(jié)合了脂肪族聚酰胺的易加工性和芳香族聚酰胺的高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。mxd6由己二酸和間苯二甲胺通過縮聚反應(yīng)制備而成，其主鏈中同時(shí)含有脂肪族和芳香族結(jié)構(gòu)，賦予了該材料優(yōu)異的綜合性能，如高剛性、高強(qiáng)度、低吸水率、良好的阻隔性能、高熱變形溫度、低熱膨脹系數(shù)以及優(yōu)異的熱穩(wěn)定性等。這些特性使得mxd6在包裝材料、工程結(jié)構(gòu)材料、汽車零部件、膠粘劑、涂層和磁性材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

2、然而，盡管mxd6具有諸多優(yōu)異性能，但在一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域，如高透明光學(xué)材料、高耐熱結(jié)構(gòu)材料等，現(xiàn)有的mxd6材料仍存在一定的局限性。例如，傳統(tǒng)的mxd6材料在透明性方面表現(xiàn)一般，難以滿足高透明光學(xué)器件的需求；同時(shí)，雖然mxd6的力學(xué)性能較好，但在極端條件下，其拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度仍需進(jìn)一步提升。此外，mxd6的耐熱溫度雖然較高，但在某些高溫環(huán)境下，其性能仍顯不足。因此，開發(fā)一種具有更高力學(xué)性能、更高透明性、更低吸水率以及更高耐熱溫度的新型聚酰胺材料成為了當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

3、此外，現(xiàn)有的mxd6合成工藝多采用兩步法聚合工藝，即先進(jìn)行預(yù)聚合，再進(jìn)行固相增粘。這種工藝雖然能夠獲得較高分子量的產(chǎn)物，但也存在能耗高、生產(chǎn)周期長、設(shè)備復(fù)雜等問題。同時(shí)，兩步法工藝還可能導(dǎo)致產(chǎn)物性能不穩(wěn)定，難以滿足高端應(yīng)用的需求。因此，開發(fā)一種簡單、高效、環(huán)保的合成工藝，也成為mxd6材料研究的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述缺陷，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種高強(qiáng)度透明的共聚聚酰胺材料。

2、本發(fā)明高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料，其聚合單體為間苯二甲胺和二酸類單體，所述二酸類單體為己二酸和9,10-蒽二羧酸，且9,10-蒽二羧酸與己二酸的摩爾比為0.5:9.5～2:8。

3、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，9,10-蒽二羧酸與己二酸的摩爾比為1:9。

4、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，間苯二甲胺和二酸類單體的摩爾比為1:0.9～1.1；優(yōu)選的，間苯二甲胺和二酸類單體的摩爾比為1:1。

5、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料的重均分子量為20000～25000。

6、本發(fā)明還提供本發(fā)明所述的高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料的制備方法。

7、本發(fā)明高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料的制備方法，包括以下步驟：

8、a、將間苯二甲胺、己二酸、9,10-蒽二羧酸、芳香酸、催化劑、抗氧劑和去離子水混合加入高溫高壓反應(yīng)釜中；

9、b、在保護(hù)氣氛下，攪拌，加熱反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為60～110℃，反應(yīng)壓力為0.3～0.8mpa，反應(yīng)時(shí)間為1～3h；

10、c、升溫加壓反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為190～230℃，反應(yīng)壓力為1.8～2.4mpa，反應(yīng)時(shí)間為2.5～4h；

11、d、卸壓至反應(yīng)壓力為常壓，升溫至反應(yīng)溫度為250～280℃，然后抽真空反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為0.5～1h；

12、e、加壓出料，得到高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料。

13、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟a中，芳香酸為苯乙酸、苯甲酸、間甲基苯甲酸、肉桂酸中的至少一種，催化劑為次亞磷酸鈉、次磷酸鈉、次磷酸鉀中的至少一種，抗氧劑為抗氧劑s80、抗氧劑608、抗氧劑b215、抗氧劑s9228中的至少一種；

14、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，芳香酸為苯甲酸，催化劑為次磷酸鈉，抗氧劑為抗氧劑608。

15、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟a中，間苯二甲胺與芳香酸的摩爾比為1:0.01～1:0.02，催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為間苯二甲胺、己二酸、9,10-蒽二羧酸、芳香酸質(zhì)量之和的0.15～0.3％，抗氧劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為間苯二甲胺、己二酸、9,10-蒽二羧酸、芳香酸質(zhì)量之和的0.2～0.4％，離子水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為間苯二甲胺、己二酸、9,10-蒽二羧酸、芳香酸質(zhì)量之和的80～100％；

16、優(yōu)選的，間苯二甲胺與芳香酸的摩爾比為1:0.012，催化劑為間苯二甲胺、己二酸、9,10-蒽二羧酸、芳香酸質(zhì)量之和的0.2～0.25％，抗氧劑為間苯二甲胺、己二酸、9,10-蒽二羧酸、芳香酸質(zhì)量之和的0.25～0.3％，去離子水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為間苯二甲胺、己二酸、9,10-蒽二羧酸、芳香酸質(zhì)量之和的90％。

17、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟b中，所述攪拌的速率為60～120r/min。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，攪拌速率為80～100r/min。

18、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟d中，卸壓時(shí)間為0.5～1.5h。

19、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟b中，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)壓力為0.3～0.8mpa，反應(yīng)時(shí)間為1.5h；

20、步驟c中，反應(yīng)溫度為210℃，反應(yīng)壓力為2mpa，反應(yīng)時(shí)間為3h；

21、步驟d中，反應(yīng)溫度為260℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5h。

22、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟c中，升溫為梯度升溫，升溫速率為1～2℃/min；步驟d中，壓力成勻速下降，下降速率為0.02～0.08mpa/min。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

24、本發(fā)明所得的聚酰胺材料mxd6/acda相對現(xiàn)有的mxd6的優(yōu)勢在于產(chǎn)物力學(xué)性能優(yōu)異，拉伸強(qiáng)度≧80mpa，彎曲強(qiáng)度≧119mpa。具有良好的透光率，透光率≧90％，較低的吸水率以及較高的耐熱溫度。

25、本發(fā)明的合成方法采用一步法聚合工藝，可在一個(gè)反應(yīng)釜中完成從原料到成品的所以階段，生產(chǎn)設(shè)備較小、操作簡單、生產(chǎn)周期較短、能耗和成本較低，且無需后期增粘，可避免由于兩步法合成工藝所導(dǎo)致的能耗高、收率低以及產(chǎn)物性能差等問題。

26、本發(fā)明副產(chǎn)物只有水，生產(chǎn)過程綠色環(huán)保、反應(yīng)溫和、安全。

技術(shù)特征：

1.高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料，其特征在于：所述高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料的聚合單體為間苯二甲胺和二酸類單體，所述二酸類單體為己二酸和9,10-蒽二羧酸，且9,10-蒽二羧酸與己二酸的摩爾比為0.5:9.5～2:8。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料，其特征在于：9,10-蒽二羧酸與己二酸的摩爾比為1:9。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料，其特征在于：間苯二甲胺和二酸類單體的摩爾比為1:0.9～1.1；優(yōu)選間苯二甲胺和二酸類單體的摩爾比為1:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料，其特征在于：高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料的重均分子量為20000～25000。

5.權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料的制備方法，其特征在于：步驟a中，芳香酸為苯乙酸、苯甲酸、間甲基苯甲酸、肉桂酸中的至少一種，催化劑為次亞磷酸鈉、次磷酸鈉、次磷酸鉀中的至少一種，抗氧劑為抗氧劑s80、抗氧劑608、抗氧劑b215、抗氧劑s9228中的至少一種；

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料的制備方法，其特征在于：步驟a中，間苯二甲胺與芳香酸的摩爾比為1:0.01～1:0.02，催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為間苯二甲胺、己二酸、9,10-蒽二羧酸、芳香酸質(zhì)量之和的0.15～0.3％，抗氧劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為間苯二甲胺、己二酸、9,10-蒽二羧酸、芳香酸質(zhì)量之和的0.2～0.4％，離子水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為間苯二甲胺、己二酸、9,10-蒽二羧酸、芳香酸質(zhì)量之和的80～100％；

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料的制備方法，其特征在于：步驟b中，所述攪拌的速率為60～120r/min，優(yōu)選攪拌速率為80～100r/min；

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料的制備方法，其特征在于：步驟b中，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)壓力為0.3～0.8mpa，反應(yīng)時(shí)間為1.5h；

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料的制備方法，其特征在于：步驟c中，升溫為梯度升溫，升溫速率為1～2℃/min；步驟d中，壓力成勻速下降，壓力下降速率為0.02～0.08mpa/min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及高強(qiáng)度透明共聚聚酰胺材料及其制備方法，屬于高分子化合物合成技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種高強(qiáng)度透明的共聚聚酰胺材料。該聚酰胺材料的聚合單體為間苯二甲胺和二酸類單體，所述二酸類單體為己二酸和9,10?蒽二羧酸，且9,10?蒽二羧酸與己二酸的摩爾比為0.5:9.5～2:8。本發(fā)明所得的聚酰胺材料MXD6/ACDA相對現(xiàn)有的MXD6具有更優(yōu)的力學(xué)性能和良好的透光率，較低的吸水率以及較高的耐熱溫度。采用一步法聚合工藝，可在一個(gè)反應(yīng)釜中完成從原料到成品的所以階段，生產(chǎn)設(shè)備較小、操作簡單、生產(chǎn)周期較短、能耗和成本較低，且無需后期增粘，副產(chǎn)物只有水，生產(chǎn)過程綠色環(huán)保、反應(yīng)溫和、安全。

技術(shù)研發(fā)人員：鐘家春,李宏蛟,孟馳涵,蒲澤軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川輕化工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15