[发明专利]一种高性能生物基共聚尼龙及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能生物基共聚尼龙，具有式(I)所示的第一重复单元和式(II)所示的第二重复单元以及式(III)所示的第三重复单元，以共聚尼龙总摩尔量计，第一重复单元的含量为1～98mol％，第二重复单元的含量为0～97mol％，第三重复单元的含量为1～98mol％。该共聚尼龙以2,5‑呋喃二甲酸、C4～C10脂肪族二元胺、C6～C10脂肪族二元酸、氨基十一酸和/或氨基十二酸为原料进行共缩聚制得，其既具有高生物基含量的特点，也具有优异的综合性能，如强度高、韧性好、气体阻隔性佳。本发明制备方法简单可行，有利于工业化应用。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高性能生物基共聚尼龙及其制备方法。

背景技术

目前，来源于生物质资源纤维素和半纤维素的生物基单体2,5-呋喃二甲酸(FDCA)，由于其结构与性质与石油基单体对苯二甲酸(TPA)类似，被美国能源部于2004年确定为12种最具竞争力的生物质单体之一，具有广阔的发展前景。FDCA可与一系列二元胺生成相应的2,5-呋喃二甲酸半芳香性生物基尼龙，相较于对苯二甲酸石油基尼龙，其强度更好、气体阻隔性更高，但是韧性较差。

11-氨基十一酸来源于蓖麻油，其通过聚合可制备长碳链生物基尼龙11。氨基十一酸的长碳链结构特性赋予尼龙11独特性能，如柔韧性好、尺寸稳定性好，且低温抗冲击性突出，综合性能优越，使其在某些特定领域中广泛应用，尤其是汽车管材、军事器材、电缆光线保护套以及金属涂层等。目前来看，尼龙11更大面积的推广一方面有赖于氨基十一酸的低成本工业化生产和聚合制备尼龙11的工艺开发与优化，另一方面有赖于基于尼龙11开发的更高性能的无规共聚物和多嵌段共聚物，如耐高温尼龙11共聚物和以尼龙11为硬段的热塑性弹性体等。

综上所述，2,5-呋喃二甲酸半芳香性生物基尼龙和长碳链生物基尼龙11的性能互补，尤其是尼龙11可为2,5-呋喃二甲酸尼龙提供韧性，而2,5-呋喃二甲酸尼龙可为尼龙11提供刚性和气体阻隔性，并且仍然保持高生物基含量。因此，如何将二者有效结合是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高性能生物基共聚尼龙及其制备方法，以2,5-呋喃二甲酸、C4～C10脂肪族二元胺、C6～C10脂肪族二元酸、氨基十一酸和/或氨基十二酸为原料制备，制备方法简单易行且成本低，有利于工业化应用。

本发明第一方面提供了一种高性能生物基共聚尼龙，具有式(I)所示的第一重复单元和式(II)所示的第二重复单元以及式(III)所示的第三重复单元：

(I)；

(II)；

(III)；

R₁选自

R₂选自；

R₃选自；

其中，x为4～10的整数，y为4～8的整数，z为10～11的整数。

以共聚尼龙总摩尔量计，第一重复单元的含量为1～98mol％，第二重复单元的含量为0～97mol％，第三重复单元的含量为1～98mol％。

本发明共聚尼龙中，第一重复单元提供强度和气体阻隔性，第三重复单元提供柔韧性和加工性，同时第二重复单元可用于降低成本。通过调控三种重复单元比例可得到性能各异的共聚尼龙。

优选地，以共聚尼龙总摩尔量计，第一重复单元的含量为39～60mol％，第三重复单元的含量为39～60mol％。若重复单元含量不在此优选范围内，即提供强度的第一重复单元含量过低而提供韧性的第三重复单元含量过高，会导致共聚尼龙仅具有好的韧性，却不具有较高的强度，而且共聚尼龙中呋喃环含量较低，不利于气体阻隔性。第二重复单元的含量为0～20mol％，可在降低共聚尼龙原料成本的同时，尽可能保持其优异的综合性能。