一种半芳香族聚酰亚胺改性尼龙及其制备方法和半芳香族聚酰亚胺的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种半芳香族聚酰亚胺改性尼龙，由半芳香族聚酰亚胺和尼龙材料通过共混挤出工艺制备而成；其中，半芳香族聚酰亚胺的制备方法：先制备二酐溶液和二胺溶液，然后在搅拌的状态下，将二酐溶液缓慢加入到二胺溶液中，当溶液中出现明显絮凝状物质并粘度明显增大时，加快搅拌速度并将剩余二酐溶液快速加入二胺溶液中直至反应物中出现均匀的絮状悬浮物时，再采用高速剪切乳化装置进行乳化分散，直至形成均相透明的溶液；再依次进行脱水亚胺化反应、沉淀反应、抽滤、洗涤、干燥，即得到半芳香族聚酰亚胺。本发明专利技术制备的半芳香族聚酰亚胺改性尼龙材料的硬度、机械性能和耐水性能等均明显提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高分子材料领域，尤其涉及一种半芳香族聚酰亚胺改性尼龙及其制备方法和半芳香族聚酰亚胺的制备方法。
技术介绍
聚酰亚胺以其优异的耐高温、耐低温、耐溶剂、耐辐射性能，突出的力学强度和介电性能已被广泛应用于航天、航空、汽车、电子、电器等许多高新
尼龙是一种用途广泛的工程塑料，其分子链上的酰胺基团具有极性，易形成氢键，所以其机械性能优异，如高强度、高模量、高硬度等；热性能也很高，此外还表现出优异的耐磨性；但是其吸水性高，导致其尺寸稳定性差、耐磨和耐热性能下降。从理论上看，用聚酰亚胺改性尼龙不仅可以改善尼龙的耐热性能、吸水性能，还可以提高尼龙的力学性能，使得尼龙的应用范围更加宽泛。目前采用聚酰亚胺体系对尼龙进行的力学性能和热性能的改善有两种方式：一种是通过原位聚合PI改性尼龙制备成复合材料(CN101230196)，按一定摩尔比将带醚键的二胺/二酐溶解在极性溶剂中并在室温下搅拌反应，接着加入溶剂进行回流；对PI封端后，加入己内酰胺封闭的NCO基团，然后用甲醇沉淀出PI，洗涤烘干备用；然后将其与碳纤维等按比例混合后在一定温度下注入模具进行原位聚合反应制得复合材料；另一种方法是以全芳香族聚酰亚胺与尼龙按比例进行简单混合(CN101570634)，然后将混合好的原料加入到双螺杆挤出机上，在220～280℃上挤出造粒，得到共混物。以原位聚合方式制备PI/尼龙的复合材料，虽然能够改善PI与尼龙之间的共溶，但其操作步骤较为复杂，且反应程度受封端效果影响，难以反应完全；而采取螺杆机共混的方式则较为简单，但现有技术均是采用全芳香族聚酰亚胺，全芳香族聚酰亚胺分子刚性大，难以与尼龙形成均相体系，往往存在分相结构，这样导致最终的共混物力学性能和加工性不好，甚至使得力学性能不增反降。因此，提出一种新的聚酰亚胺改性尼龙的方法既保证工艺操作步骤简单，又能解决聚酰亚胺与尼龙之间的相容性问题是非常有必要的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种半芳香族聚酰亚胺改性尼龙及其制备方法和半芳香族聚酰亚胺的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种半芳香族聚酰亚胺改性尼龙，是由半芳香族聚酰亚胺和尼龙材料通过共混挤出工艺制备而成。上述的半芳香族聚酰亚胺的具体结构如式(1)所示：其中式(1)中R选自O、C＝O、C-(CH3)2、O＝S＝O中的任一种，n≥2。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述的半芳香族聚酰亚胺改性尼龙的制备方法，包括以下步骤：(1)将二酐单体溶解于强极性非质子溶剂中，得到二酐溶液，备用；将二胺单体溶解于强极性非质子溶剂中，得到二胺溶液，备用；(2)在搅拌的状态下，将二酐溶液缓慢加入到二胺溶液中，当溶液中出现明显絮凝状物质并粘度明显增大时，加快搅拌速度并将剩余二酐溶液快速加入到二胺溶液中直至反应物中出现均匀的絮状悬浮物时，再采用高速剪切乳化装置进行乳化分散，直至形成均相透明的溶液；(3)在所述均相透明的溶液中加入携水剂进行脱水亚胺化反应；(4)将步骤(3)亚胺化反应后的产物除去携水剂后，加入沉淀剂进行沉淀反应，再经抽滤、洗涤、干燥，得到半芳香族聚酰亚胺；(5)将半芳香族聚酰亚胺和尼龙材料通过共混挤出工艺制成所述半芳香族聚酰亚胺改性尼龙。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述的半芳香族聚酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：(1)将二酐单体溶解于强极性非质子溶剂中，得到二酐溶液，备用；将二胺单体溶解于强极性非质子溶剂中，得到二胺溶液，备用；(2)在搅拌的状态下，将二酐溶液缓慢加入到二胺溶液中，当溶液中出现明显絮凝状物质并粘度明显增大时，加快搅拌速度并将剩余二酐溶液快速加入二胺溶液中直至反应物中出现均匀的絮状悬浮物时，再采用高速剪切乳化装置进行乳化分散，直至形成均相透明的溶液；(3)在所述均相透明的溶液中加入携水剂进行脱水亚胺化反应；(4)将步骤(3)脱水亚胺化反应后的产物除去携水剂后，加入沉淀剂进行沉淀反应，再经抽滤、洗涤、干燥，即得到所述半芳香族聚酰亚胺。上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，最初的搅拌速度为110～150r/min，当溶液中出现明显絮凝状物质并粘度明显增大时，搅拌速度加快至210～270r/min；整个反应过程的反应温度为不高于30℃，优选的，反应温度为室温(20℃)～30℃。专利技术人通过研究发现，反应温度过高时会诱发一系列副反应发生，并且制备的聚合物分子量低，分子量分布范围较宽，只有在本专利技术限定的温度范围内反应，副反应少，且制备得到的产物分子量高，分子量分布范围较窄。上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，脱水亚胺化反应的温度为150℃～170℃，脱水亚胺化反应时间为3～5h。专利技术人通过研究发现，脱水亚胺化反应的温度低于150℃时，加入的携水剂不会沸腾和气化，也就不能和水形成共沸产物，因此无法将亚胺化产生的水分子带出去，无法完成亚胺化；当温度高于170℃时，亚胺化反应过于激烈，难以控制。上述的制备方法，优选的，所述强极性非质子溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或者几种；所述强极性非质子溶剂均经过除水处理。上述的制备方法，优选的，所述二酐单体选自均苯四甲酸二酐、4,4’-氧双邻苯二甲酸酐、3’3,4’4-二苯酮四酸二酐中的一种或者几种；所述二胺单体选自1,2-乙二胺、1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺、1,7-庚二胺、1,8-辛二胺和1,9-壬二胺中的一种或几种。上述的制备方法，优选的，所述携水剂为间二甲苯和/或对二甲苯；所述步骤(4)中的携水剂以减压蒸馏的方式除去并回收；除去携水剂的反应物降温至40℃以下后，再进行下一步的沉淀操作。上述的制备方法，优选的，所述沉淀剂为甲醇、乙醇、去离子水中的至少一种。本专利技术中采用两步法来制备半芳香族聚酰亚胺，首先将二胺、二酐分别溶于有机非质子溶剂中，再将二酐的有机非质子溶剂以先慢后快的加料方式加入到溶有二胺的有机非质子溶剂中，再经过剪切乳化装置得到透明的聚酰胺酸溶液，使得反应过程的中间产物更好的向聚酰胺酸溶液转化，促进了如图1成盐过程的反应3，节约了反应过程中的能耗。本专利技术先制备了一种玻璃化转变温度较低且具有较传统聚酰亚胺材料活性高的半芳香族聚酰亚胺材料，再通过共混挤出工艺，在聚酰亚胺和尼龙材料的熔融温度下，聚酰亚胺材料端基的活性氨基与尼龙材料发生接枝反应，制备得到了具有化学键相互作用的聚酰亚胺改性尼龙材料，由于聚酰亚胺和尼龙之间强的相互作用而避免了相分离现象的出现，使得制备的改性材料硬度、机械性能和耐水性能等均明显提高。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术的制备方法制备了一种玻璃化转变温度较低且具有较传统聚酰亚胺材料活性高的半芳香族聚酰亚胺材料，该材料通过共混挤出工艺，在聚酰亚胺和尼龙材料的熔融温度下，聚酰亚胺材料端基的活性氨基与尼龙材料发生接枝反应，得到具有化学键相互作用的聚酰亚胺改性尼龙材料，由于聚酰亚胺和尼龙之间强的相互作用而避免了相分离现象的出现；从而使得该半芳香族聚酰亚胺改性尼龙材料的硬度、机械性能和耐水性能等均明显提高。(2)本专利技术的制备方法反应时间短，得到透明的聚酰胺酸仅需要30min左右，相比于现有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半芳香族聚酰亚胺改性尼龙，其特征在于，所述改性尼龙是由半芳香族聚酰亚胺和尼龙材料通过共混挤出工艺制备而成。

【技术特征摘要】
1.一种半芳香族聚酰亚胺改性尼龙，其特征在于，所述改性尼龙是由半芳香族聚酰亚胺和尼龙材料通过共混挤出工艺制备而成。2.一种如权利要求1所述的半芳香族聚酰亚胺改性尼龙的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将二酐单体溶解于强极性非质子溶剂中，得到二酐溶液，备用；将二胺单体溶解于强极性非质子溶剂中，得到二胺溶液，备用；(2)在搅拌的状态下，将二酐溶液缓慢加入到二胺溶液中，当溶液中出现明显絮凝状物质并粘度明显增大时，加快搅拌速度并将剩余二酐溶液快速加入到二胺溶液中直至反应物中出现均匀的絮状悬浮物时，再采用高速剪切乳化装置进行乳化分散，直至形成均相透明的溶液；(3)在所述均相透明的溶液中加入携水剂进行脱水亚胺化反应；(4)将步骤(3)亚胺化反应后的产物除去携水剂后，加入沉淀剂进行沉淀反应，再经抽滤、洗涤、干燥，得到半芳香族聚酰亚胺；(5)将半芳香族聚酰亚胺和尼龙材料通过共混挤出工艺制成所述半芳香族聚酰亚胺改性尼龙。3.一种半芳香族聚酰亚胺的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将二酐单体溶解于强极性非质子溶剂中，得到二酐溶液，备用；将二胺单体溶解于强极性非质子溶剂中，得到二胺溶液，备用；(2)在搅拌的状态下，将二酐溶液缓慢加入到二胺溶液中，当溶液中出现明显絮凝状物质并粘度明显增大时，加快搅拌速度并将剩余二酐溶液快速加入二胺溶液中直至反应物中出现均匀的絮状悬浮物时，再采用高速剪切乳化装置进行乳化分散，直至形成均相透明的溶液；(3)在所述均相透明的溶液中加入携水剂进行脱水亚胺化反...

【专利技术属性】
技术研发人员：高敬民，王文志，王进，郝彩霞，彭博，
申请(专利权)人：株洲时代新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43