[发明专利]一种水性聚酰胺及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性聚酰胺树脂及其制备方法和应用；属于聚酰胺树脂领域。

背景技术

聚酰胺树脂一般由二元酸和二元胺缩聚而成，按溶解性可分为溶剂型聚酰胺和非溶剂型聚酰胺，因具有强极性的酰胺键等基团，在大分子间存在氢键，从而具有高强度耐腐蚀性、耐候性、耐溶剂性等特点，已在水性油墨、包装材料、合成纤维及涂料等领域得到广泛应用。

目前使用的均为溶剂型聚酰胺树脂，早期的溶剂型聚酰胺易溶于苯、二甲苯，但是这种树脂的芳烃溶液气味大、污染环境、危害工人健康，限制了它的进一步使用。近年来通过添加羟基酸和羟基多胺进行共聚制备成醇溶性聚酰胺树脂，该类产品溶于脂肪醇及其混合溶剂，不用芳烃溶剂，但在使用过程中仍然需要添加较多有机溶剂，有机挥发物(VOC)较多。为了降低挥发性有机化合物(VOC)及空气有害污染物而开发水溶性聚酰胺树脂。

水性聚酰胺除具有耐候性、耐久性、耐腐蚀性和高硬度等优异性能外，更重要的是具有不燃、无毒、无污染等环保优点，特别是近年来随着有机溶剂价格的高涨和环保部门对有机溶剂使用与废物排放的严格限制，水性聚酰胺取代有机溶剂型聚酰胺成为目前该领域发展的重要方向。

中国专利申请201010220174.0（公开号为CN101880362A）公开了一种水性聚酰胺树脂乳液的制备方法，它是采用二聚酸与乙二胺进行酰胺化反应制得端羧基聚酰胺；在催化剂条件下将环氧化合物与丙烯酸单体在惰性有机溶剂中开环加成制得环氧丙烯酸单酯；将端羧基聚酰胺与环氧丙烯酸单酯进行开环加成得到末端双键聚酰胺；最后再与不饱和单体及不饱和单体酸进行自由基聚合得到高酸值聚酰胺。该发明制备的水性聚酰胺树脂乳液以水为溶剂，无污染，绿色环保。但是由于工艺路线较长，实际生产过程比较复杂，将导致产品价格偏高，同时制备的水性聚酰胺乳液的耐热性能不清楚，仍然不满足于高温成型的纤维增强热塑性树脂复合材料的纤维上浆处理。

美国专利20090305952A1公开了一种色氨酸功能化阴离子聚酰胺，将色氨酸偶联到聚酰胺侧链上制成阴离子型聚酰胺应用于制药方面。由于其价格较高、水溶性不太理想，限制了在其它方面的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水溶性好，成膜性能好，耐热性能高的水性聚酰胺。

本发明还有一个目的是在于提供一种操作简单、成本低，安全环保的制备所述水性聚酰胺的方法。

本发明针对现有技术中玻璃纤维/炭纤维的通用上浆剂主要为环氧树脂和聚氨酯，作为增强材料使用时，在高温条件下加工或使用时容易导致热分解，造成复合材料界面相的破坏，特别是玻璃纤维/炭纤维增强聚酰胺树脂时，上浆剂与基体树脂的相容性不好，导致界面强度明显的降低，从而影响复合材料的力学性能，基于现有技术中上浆剂存在的缺陷，第三个目的是在于提供一种所述水性聚酰胺的应用，所述的水性聚酰胺水溶性好，成膜性能好，耐热性能高，作为上浆剂应用于纤维上浆能有效地改善纤维和基体树脂的界面粘接等综合性能，且以水为溶剂，绿色环保。

本发明提供了一种水性聚酰胺，该水性聚酰胺为接枝羧基的苹果酸、二元酸和二元胺的三元共聚聚酰胺，具有式1结构：

其中，

A为和/或基团；

y/(z₁+z₂)为1/9～4/1；z₂/(z₁+z₂)为0.3～0.6:1；

Y为基团中的一种或几种，n为2～4；

X为基团中的一种或几种，

m为2～10，

o为21～44。

优选的水性聚酰胺，X为基团中的至少一种和基团中的至少一种，m₁为5～10，m₂为2～4，o为21～44；

最优选的水性聚酰胺具有式2结构：

其中，x₂/(x₁+x₂)为2～3:5；x₁为基团中的至少一种，x₂为基团中的至少一种。