[发明专利]一种生物基耐高温聚酰胺及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物基耐高温聚酰胺及其制备方法，属于分子材料合成技术领域。本发明采用的一步缩聚法相比传统的成盐、预聚，然后真空固相缩聚或双螺杆反应增粘的方法缩短了流程，大大提高效率与成本，并且对聚合体系中的多种复杂反应通过阶段控温与多种催化剂复配进行调控，以保证在整个聚合过程中聚合速率适中，分子链段分布均匀，最终获得耐高温、高强度且产品性能均匀的半芳香聚酰胺材料。本发明所提供的方法简单高效，部分单体来源于生物发酵，有利于减少聚酰胺材料的制备过程中的碳排放，发展绿色低碳新材料。

技术领域

本发明涉及高分子材料合成与制备技术领域，特别是指一种生物基耐高温聚酰胺及其制备方法。

背景技术

目前世界上超过99％的聚酰胺产品来自于石油炼化，例如用量最大PA66的单体就是通过石油基的丁二烯或丙烯腈生产的。但是随着尼龙产量和用量的不断增加，随之而出现的问题是生产这些原料的石油消耗量也越来越大。而利用化石燃料生产这些单体会产生大量CO2等温室气体，对气候产生不利影响。发展可再生的生物基材料，充分利用自然界中的碳循环，是目前降低碳排放，改善大气环境的有效途径。

目前生物基聚酰胺主要有PA56、PA510、PA512、PA11、PA1010、PA1210它们具有优良的韧性、耐磨性、耐腐性、高强度等性能，能够满足于机械、纺织、汽车、电子电器等不同领域中的应用。然而，这类的脂肪族聚酰胺熔点一般低于260℃，难以在150℃以上的环境下长期使用，因此在一些特殊的领域中应用受限。而通过分子结构设计在大分子主链上引入共轭苯环或杂环结构能够有效提高材料的耐高温性能。

目前，最常见的生物基耐高温聚酰胺主要有聚对苯二甲酰壬二胺(PA10T)，其拥有较低的吸水率、优秀的尺寸稳定性和耐热性具有良好的应用前景。另一种则是以赖氨酸发酵制备的戊二胺为原料的对苯二甲酰戊二胺(PA5T)。PA5T的综合性能与PA6T相近，相比PA6T具有两大优势，一是其单体二元胺通过生物发酵而来，具有更低的碳排放量；二是可以绕开国外企业对己二胺的垄断，避免原料“卡脖子”问题，拥有自主定价权。

现阶段生物基耐高温聚酰胺的相关研究较少，且都是通过先成盐、预聚、固相增粘或者利用双螺杆进行反应挤出扩链从而获得高分子量的生物基耐高温聚酰胺。预聚物经过固相增粘由于无法搅拌而导致传质不均匀，从而使得分子量分布较宽；而反应挤出需要进行扩链改性工艺复杂，成本高且限制大规模生产。

发明内容

为了解决现阶段生物基耐高温聚酰胺制备工艺繁琐以及产品分子量分布宽等问题，本发明提供一种生物基耐高温聚酰胺及其制备方法；本发明方法能够缩短工艺路线，降低成本，且制备的聚酰胺具有分子量分布窄、机械性能优异、耐高温等优点，有利于规模化生产。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

本发明提供一种生物基耐高温聚酰胺共聚物的制备方法，所述的生物基耐高温聚酰胺共聚物具有如下结构：

其中x取值范围为4-12，为二元胺碳原子的个数，作为优选x＝4、5、9、10和12，主要为生物法制得二元胺；R₁为含芳香环或杂环，优选为苯环、萘环、呋喃环；其中R₂为脂肪族碳链或者脂肪族酰胺链段；a为20-50，b为20-55。

本发明中R1基团包含的大位阻环状结构，减弱了聚酰胺分子链的柔性，较强的共轭作用与相互作用，能够提高分子链的断裂强度与耐高温性能。为了拓展半芳香聚酰胺的综合性能，本发明中R1还可以选择吡啶环、呋喃环、噻唑环等刚性芳杂环。R2基团起到调节熔点，提高冲击性能与耐低温性能的作用，主要包括以下结构。

本发明中生物基耐高温聚酰胺通过一步法制备，其生产制备原料及其配方如下(以质量分数计)：