生物基聚酰胺及其制备方法技术

本发明专利技术涉及生物基聚酰胺及其制备方法，属于聚酰胺高分子材料合成技术领域。本发明专利技术解决的技术问题是提供一种高性能的生物基聚酰胺。该生物基聚酰胺的结构式如式I所示。本发明专利技术将具有呋喃环结构的2,5

【技术实现步骤摘要】
生物基聚酰胺及其制备方法


[0001]本专利技术涉及生物基聚酰胺及其制备方法，属于聚酰胺高分子材料合成


技术介绍

[0002]聚酰胺(PA)是分子主链上含有重复酰胺基团的热塑性树脂总称，具有优异的自润滑性，吸震消音，耐化学溶剂等优点。PA是目前使用量最大的工程塑料品种之一，广泛应用于电子电器、汽车、家电、体育用品等领域。
[0003]然而，传统的PA具有吸水率较高，力学性能、加工性能和耐热性能较差等缺陷，并且所用单体绝大多数来源于石化资源，不利于绿色环保的可持续发展。当前，随着经济的快速发展和石油储备量的不断下降，人们越来越重视可再生资源的利用和开发。因此，以可再生资源为原料制备生物基高分子材料被认为具有保护环境和节约资源的双重功能，成为高分子材料的一个重要研究方向。
[0004]申请号为202211319487.0的中国专利技术专利申请，公开了一种生物质呋喃基可溶性芳香聚酰胺及其制备方法。该专利技术制得的生物质呋喃基可溶性芳香聚酰胺的分子量更高、热力学性能更好，但是其力学性能较差且产率较低。申请号为202210313570.0的中国专利技术专利申请，公开了一种高结合力的生物基耐高温聚酰胺及其制备方法和应用。该专利技术制得的聚酰胺具有较佳的耐高温性能，还具有较低的吸水率，但其耐热性能和分子量还有待提高。申请号为201710092530.7的中国专利技术专利申请，公开了一种生物基聚酰胺及其合成方法，采用1,9
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壬二酸与1,10
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癸二胺通过一步熔融缩聚反应合成生物基聚酰胺。该专利技术制得的聚酰胺具有较低的吸水率，但其拉伸性能等力学性能还有待提高。

技术实现思路

[0005]针对以上缺陷，本专利技术解决的技术问题是提供一种高性能的生物基聚酰胺。
[0006]本专利技术生物基聚酰胺，其结构式如式I所示：
[0007][0008]其中，表示省略的顺乌头酸与癸二胺、2,5
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呋喃二甲酸反应的聚合结构，
[0009]所述生物基聚酰胺的分子量Mn为35000～50000。
[0010]在本专利技术一个具体实施方式中，该生物基聚酰胺由顺乌头酸、癸二胺和2,5
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呋喃二甲酸聚合而成。
[0011]本专利技术解决的第二个技术问题是提供生物基聚酰胺的制备方法。
[0012]本专利技术生物基聚酰胺的制备方法，包括以下步骤：
[0013]1)在高压反应釜中加入顺乌头酸、癸二胺、2,5
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呋喃二甲酸、催化剂和水后，通入保护气体置换空气，然后升温加压进行缩合反应，保持反应温度为110～150℃，反应压力为0.5～1MPa，反应时间为1～3h；
[0014]2)升温至250～300℃，并保持反应釜压力为2～4MPa，反应3～5h；
[0015]3)卸压至0.1～0.3MPa，升温至320～350℃，反应0.8～1.2h，加压出料，得到生物基聚酰胺。
[0016]在一些具体的实施方式中，催化剂为次磷酸钠、次亚磷酸钠、次磷酸钾、次亚磷酸钙中的至少一种。在一个优选的实施方式中，催化剂为次磷酸钠。
[0017]在本专利技术的一个具体实施方式中，癸二胺与顺乌头酸的摩尔比为1:0.4～0.8，顺乌头酸与2,5
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呋喃二甲酸摩尔比为7:3～4:6，催化剂的摩尔量为癸二胺的摩尔量的0.1％～0.2％，水的质量分数为癸二胺、顺乌头酸、2,5
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呋喃二甲酸质量之和的40～60％。
[0018]作为优选方案，癸二胺与顺乌头酸的摩尔比为1:0.6，顺乌头酸与2,5
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呋喃二甲酸摩尔比为6:4，催化剂的摩尔量为癸二胺的摩尔量的0.16％，水的质量分数为癸二胺、顺乌头酸、2,5
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呋喃二甲酸质量之和的50％。
[0019]在本专利技术的一个具体实施方式中，步骤1)中，反应温度为130℃，反应压力为0.8MPa，反应时间为2h。
[0020]在本专利技术的一个具体实施方式中，步骤1)中，采用梯度升温，升温速率为20～30℃/min；优选升温速率为25℃/min。
[0021]在本专利技术的一个具体实施方式中，步骤2)中，升温至280℃，保持反应釜压力为3MPa，反应4h。
[0022]在本专利技术的一个具体实施方式中，步骤3)中，卸压至0.2MPa，升温至330℃，反应1h。
[0023]在本专利技术的一个具体实施方式中，反应时搅拌，搅拌速度为300～400r/min。
[0024]与现有技术相比，本专利技术还具有如下有益效果：
[0025](1)本专利技术聚酰胺所使用单体全部来源于生物质资源，原料来源广泛，对环境友好，绿色无毒环保，合成方法操作简单。
[0026](2)本专利技术将具有呋喃环结构的FDCA和含有三个羧基官能团的EINECS引入聚酰胺中，与癸二胺反应，制得的生物基聚酰胺具有优异的力学性能和耐热性能，较低的吸水率，较高的产率和分子量，能够赋予其多功能化。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例1制备的FEPA
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1的FT
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IR曲线。
具体实施方式
[0028]本专利技术生物基聚酰胺，其结构式如式I所示：
[0029][0030]其中，表示省略的顺乌头酸与癸二胺、2,5
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呋喃二甲酸反应的聚合结构，
[0031]所述生物基聚酰胺的分子量Mn为35000～50000。
[0032]本专利技术生物基聚酰胺，将具有呋喃环结构的FDCA和含有三个羧基官能团的EINECS引入聚酰胺中，与癸二胺反应，能够赋予其更加优异的力学性能和耐热性能，以及较低的吸水率，较高的产率和分子量。
[0033]在本专利技术一个具体实施方式中，该生物基聚酰胺由顺乌头酸、癸二胺和2,5
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呋喃二甲酸聚合而成。
[0034]本专利技术生物基聚酰胺的制备方法，包括以下步骤：
[0035]1)在高压反应釜中加入顺乌头酸、癸二胺、2,5
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呋喃二甲酸、催化剂和水后，通入保护气体置换空气，然后升温加压进行缩合反应，保持反应温度为110～150℃，反应压力为0.5～1MPa，反应时间为1～3h；
[0036]2)升温至250～300℃，并保持反应釜压力为2～4MPa，反应3～5h；
[0037]3)卸压至0.1～0.3MPa，升温至320～350℃，反应0.8～1.2h，加压出料，得到生物基聚酰胺。
[0038]2,5
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呋喃二甲酸(FDCA)，作为芳香族可再生二元酸，具有稳定性高的呋喃环结构，芳香性比苯环弱，易于降解，可以从木质纤维素或果糖中提取得到，也被美国能源部推荐为最有价值的12种生物基平台化合物之一。顺乌头酸(EINECS)，含有三个羧基官能团，其与FDCA可以合成高性能生物基聚酰胺，不仅绿色无毒，而且与传统的PA相比，由于引入了三官能团化合物和刚性结构基团，具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.生物基聚酰胺，其特征在于：其结构式如式I所示：其中，表示省略的顺乌头酸与癸二胺、2,5
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呋喃二甲酸反应的聚合结构，所述生物基聚酰胺的分子量Mn为35000～50000。2.根据权利要求1所述的生物基聚酰胺，其特征在于：该生物基聚酰胺由顺乌头酸、癸二胺和2,5
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呋喃二甲酸聚合而成。3.生物基聚酰胺的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在高压反应釜中加入顺乌头酸、癸二胺、2,5
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呋喃二甲酸、催化剂和水后，通入保护气体置换空气，然后升温加压进行缩合反应，保持反应温度为110～150℃，反应压力为0.5～1MPa，反应时间为1～3h；2)升温至250～300℃，并保持反应釜压力为2～4MPa，反应3～5h；3)卸压至0.1～0.3MPa，升温至320～350℃，反应0.8～1.2h，加压出料，得到生物基聚酰胺。4.根据权利要求3所述的生物基聚酰胺的制备方法，其特征在于：步骤1)中，催化剂为次磷酸钠、次亚磷酸钠、次磷酸钾、次亚磷酸钙中的至少一种，优选催化剂为次磷酸钠。5.根据权利要求3所述的生物基聚酰胺的制备方法，其特征在于：癸二胺与顺乌头酸的摩尔比为1:0.4～0.8，顺乌头酸与2,5
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【专利技术属性】
技术研发人员：钟家春，朱容丽，彭秋霞，蒲泽军，江薇薇，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：