本发明涉及尼龙聚合物领域，具体涉及一种尼龙65聚合物及其制备方法。
背景技术：
聚酰胺俗称尼龙，尼龙是在生活中应用极为广泛的一种热塑性树脂，大到汽车船舶，小到齿轮开关，许多零部件的制作都离不开尼龙产品。因其品种众多且具有良好的综合性能而成为用途最广、产量和消费量最大的聚合物材料，其世界年消费量已超万吨。根据21世纪对世界聚酰胺市场的调查发现，全球聚酰胺塑料的需求量正逐年以平稳的速度增长。就目前而言，世界上对于聚酰胺的主要应用仍是制作纤维，但是聚酰胺工程塑料和聚酰胺薄膜的需求量正逐年增加。随着科技和社会的发展，人们的要求在不断提高，需要开发各种新型尼龙以满足需求；同时，为了保护环境，减少对环境的污染，尼龙的开发与应用也在朝着绿色、环保、经济的方向发展。
石油法制取尼龙合成材料中，奇数个碳的二元酸和二元胺的成本一直很高，尤其是作为服装地毯等产品，产品附加值低，因此奇-偶型，奇-奇型尼龙一直难以实现市场化，只有少数终端产品利润高者用于实际生产。
工业上，在以环己醇为原料，经硝酸氧化生产己二酸的过程中伴随有大量的富含戊二酸、丁二酸、己二酸的废水产生。最初工业上普遍采用焚烧的方法处理废水，但是由于废水中的己二酸、戊二酸、丁二酸均为重要的化工原料，大多公司便摒弃了以往的处理方式，采用浓缩干燥法生产混合二元脂肪酸结片(俗称尼龙酸)；由于尼龙酸结片中戊二酸的含量尤为丰富，高达65％以上，而我们也已掌握通过分离精制尼龙酸结片来制备高品质戊二酸的技术。分离提纯混合二元酸中的戊二酸进行二次利用，生产制备其下游产品，是对废酸最好的的处理。通过对废酸的利用，不仅可以降低工业成本、提高制备尼龙66盐过程的产品附加值，而且可以节能减排、提高废物利用率、减少对环境的危害，具有双赢的效果。
尼龙65便是以戊二酸和己二胺为原料聚合而成的聚戊二酸己二胺，其中，戊二酸作为主要原料之一较为昂贵，目前市场售价约5万元/吨，阻碍了尼龙65的工业化生产。因此，需要提供一种新的制备方法，以解决原料昂贵的问题，同时也为后期尼龙65的大规模生产提供方案。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种尼龙65聚合物及其制备方法，不仅提高尼龙酸的附加值，而且提供一种性能优异、成本较低的新型尼龙以满足社会需求。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种尼龙65聚合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)戊二酸溶于s1溶剂配制戊二酸溶液；己二胺加热溶解后溶于s2溶剂配制己二胺溶液；
(2)40～80℃水浴中将己二胺溶液逐滴滴加至戊二酸溶液中并搅拌，制备尼龙65盐并精制；
(3)将精制后的尼龙65盐配制盐溶液后加入反应器中，惰性气体保护下在150～190℃且压力为1.2～1.8mpa的条件下进行保温保压反应；将反应器内的压力降至常压，并在200～250℃的条件下缩聚，最后抽真空，即得尼龙65聚合物；其中，反应釜内气氛置换为惰性气氛的方法是，对密闭的反应釜抽真空10～20min后，通入并排出惰性气体5～10min。
优选地，步骤(1)中，s1溶剂和s2溶剂为无水乙醇或95％乙醇或水。
优选地，步骤(1)中，且戊二酸与s1溶剂的质量比为1：(0.7～3)，己二胺与s2溶剂的质量比为1：(0.7～2)。
优选地，步骤(1)中，戊二酸与己二胺的摩尔比为1：(1～1.03)。
优选地，步骤(2)中，搅拌转速为100r/min，尼龙65盐的质量百分含量为30～80％。
优选地，步骤(2)中，尼龙65盐10％水溶液的ph为7.0～8.0。
优选地，步骤(3)中，惰性气体为氮气或氩气或氦气或氖气。
优选地，步骤(3)中，保温保压时间为1～4h；常压下反应时间为2～5h；真空条件下，反应温度为200～250℃，反应器内压力为-0.1mpa，反应时间为30min～2h。
一种通过上述制备方法制得的尼龙65聚合物，尼龙65聚合物的熔融温度为235～245℃，黏均相对分子质量为1～2万。
(三)有益效果
本发明提供了一种尼龙65聚合物及其制备方法，
其中，本发明中戊二酸和己二胺合成尼龙65的反应方程式如下：
h2n(ch2)6nh2 hooc(ch2)3cooh→ h3n(ch2)6nh3 -ooc(ch2)3coo-
n[ h3n(ch2)6nh3 -ooc(ch2)3coo-]→h-[hn(ch2)6nhoc(ch2)3co]n-oh
(1)本发明首先通过戊二酸和己二胺生成聚酰胺65盐(pa-65盐)，然后用聚酰胺65盐作为中间体进行缩聚制备聚戊二酸酰己二胺；且在缩聚反应时，己二胺和戊二酸的摩尔量相等，防止任一组分过量使由酸或氨端基构成的链增长终止降低聚合物的相对分子质量。
(2)将尼龙65盐在中和温度下反应，可有效保护己二胺的氨基，防止其被氧化进而影响成盐的品质；因为尼龙盐的品质对后续缩聚制得的尼龙65聚合物的品质至关重要，所以越优质的尼龙盐越能制备出高品质高性能的尼龙65聚合物。
(3)本发明制得的尼龙65聚合物熔点较低，而且力学等性能与现有尼龙相当，可以替代现有尼龙运用在注塑成型、薄膜成型、熔融纺丝等领域，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种尼龙65聚合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)戊二酸与无水乙醇配制戊二酸溶液；己二胺加热溶解后溶于无水乙醇配制己二胺溶液；其中，戊二酸与无水乙醇的质量比为1：0.8，己二胺与无水乙醇的质量比为1：0.7；戊二酸与己二胺的摩尔比为1：1；
(2)在50℃水浴中，将己二胺溶液逐滴滴加至戊二酸溶液中并在100r/min的转速下搅拌，制备质量分数为40％的尼龙65盐并将尼龙65盐精制；
(3)称取ph(10％盐溶液)＝7.79的尼龙65盐，配制70％的盐溶液加入高压反应釜中，通过抽真空充氮气的方式置换其中空气三遍，并在氮气保护下升温至160℃，待反应釜压力达到1.6mpa时保压2h；反应釜压力降至大气压，升温至250℃保温3h，此时通氮气使其带走体系产生的水蒸气；最后在210℃温度下、压力为-0.1mpa的条件下抽真空1h，即得尼龙65聚合物。
实施例2
一种尼龙65聚合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)质量比为1：1.2的戊二酸和无水乙醇配制戊二酸溶液；己二胺加热溶解后溶于无水乙醇配制己二胺溶液；其中，己二胺与无水乙醇的质量比为1：0.9；戊二酸与己二胺的摩尔比为1：1；
(2)在50℃水浴中，将己二胺溶液逐滴滴加至戊二酸溶液中并在100r/min的转速下搅拌，制备质量分数为45％的尼龙65盐并精制；
(3)称取ph(10％盐溶液)＝7.79的尼龙65盐，配制70％的盐溶液加入高压反应釜中，并在氮气保护下升温至170℃，待反应釜压力为1.6mpa时保压2h；再将反应釜压力降至大气压，升温至250℃保温3h；最后在210℃温度下、-0.1mpa的条件下抽真空1h，即得尼龙65聚合物。
实施例3
一种尼龙65聚合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)质量比为1：1.6的戊二酸和无水乙醇配制戊二酸溶液；己二胺加热溶解后溶于无水乙醇配制己二胺溶液；其中，己二胺与无水乙醇的质量比为1：1.2；戊二酸与己二胺的摩尔比为1：1.01；
(2)在60℃水浴中，将己二胺溶液逐滴滴加至戊二酸溶液中并在100r/min的转速下搅拌，制备质量分数为50％的尼龙65盐并精制；
(3)称取ph(10％盐溶液)＝7.79的尼龙65盐，配制70％的盐溶液加入高压反应釜中，并在氮气保护下升温至170℃，待反应釜压力为1.6mpa时保压2.5h；再将反应釜压力降至大气压，升温至230℃保温3.5h；最后在230℃温度下、-0.1mpa的条件下抽真空1.5h，即得尼龙65聚合物。
实施例4
一种尼龙65聚合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)质量比为1：2的戊二酸和无水乙醇配制戊二酸溶液；己二胺加热溶解后溶于无水乙醇配制己二胺溶液；其中，己二胺与无水乙醇的质量比为1：1.5；戊二酸与己二胺的摩尔比为1：1.01；
(2)在60℃水浴中，将己二胺溶液逐滴滴加至戊二酸溶液中并在100r/min的转速下搅拌，制备质量分数为65％的尼龙65盐并精制；
(3)称取ph(10％盐溶液)＝7.79的尼龙65盐，配制70％的盐溶液加入高压反应釜中，并在氮气保护下升温至170℃，待反应釜压力为1.6mpa时保压2.5h；再将反应釜压力降至大气压，升温至260℃保温3.5h；最后在230℃温度下、-0.1mpa的条件下抽真空1.5h，即得尼龙65聚合物。
实施例5
一种尼龙65聚合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)质量比为1：2.5的戊二酸和无水乙醇配制戊二酸溶液；己二胺加热溶解后溶于无水乙醇配制己二胺溶液；其中，己二胺与无水乙醇的质量比为1：1.8；戊二酸与己二胺的摩尔比为1：1.02；
(2)在70℃水浴中，将己二胺溶液逐滴滴加至戊二酸溶液中并在100r/min的转速下搅拌，制备质量分数为60％的尼龙65盐并精制；
(3)称取ph(10％盐溶液)＝7.79的尼龙65盐，配制80％的盐溶液加入高压反应釜中，并在氮气保护下升温至170℃，待反应釜压力达到1.6mpa时保压3h；再将反应釜压力降至大气压，升温至250℃保温4h；最后在250℃温度下、-0.1mpa的条件下抽真空2h，即得尼龙65聚合物。
实施例6
一种尼龙65聚合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)质量比为1：2.9的戊二酸和无水乙醇配制戊二酸溶液；己二胺加热溶解后溶于无水乙醇配制己二胺溶液；其中，己二胺与无水乙醇的质量比为1：2；戊二酸与己二胺的摩尔比为1：1.03；
(2)在80℃水浴中，将己二胺溶液逐滴滴加至戊二酸溶液中并在100r/min的转速下搅拌，制备质量分数为55％的尼龙65盐并精制；
(3)称取ph(10％盐溶液)＝8.0的尼龙65盐，配制70％的盐溶液加入高压反应釜中，并在氮气保护下升温至170℃，待反应釜压力达到1.6mpa时保压3h；再将反应釜压力降至大气压，升温至250℃保温4h；最后在250℃温度下、-0.1mpa的条件下抽真空2h，即得尼龙65聚合物。
聚合物表征与分析
(1)熔点tm
使用perkinelmer公司生产的8500型热分析仪对尼龙65样品进行检测熔点，氮气气氛，流速为40ml/min。测试时先以10℃/min升温至290℃，在290℃保持3min，然后以10℃/min冷却到30℃，再以10℃/min升温至290℃，将此时的吸热峰温度设为熔点tm。
(2)特性粘度
在25℃的98％浓硫酸中测量浓度为0.05、0.1、0.3和1g/dl的聚酰胺的比浓对数粘度ηinh。
其中，ηinh表示比浓对数粘度(dl/g)，t0表示溶剂的空白时间，t1表示样品溶液的流过时间，c表示样品溶液的浓度(g/dl)。
将ηinh的数据外推至浓度为0，得到样品的特性粘度[η]。
(3)拉伸强度
按gb/t14344-2008方法测定。
(4)弯曲强度
按iso527-2方法测定。
(5)悬臂梁缺口冲击强度
按iso179/lea方法测定。
表1为尼龙65聚合物的性能表征
由表1可知，本发明制得的尼龙65聚合物力学等性能与现有尼龙相当，但是熔点较低，可以替代现有尼龙运用在注塑成型、薄膜成型、熔融纺丝等领域，具有广泛的应用前景。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
1.一种尼龙65聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)戊二酸溶于s1溶剂配制戊二酸溶液；己二胺加热溶解后溶于s2溶剂配制己二胺溶液；
(2)40～80℃水浴中将己二胺溶液逐滴滴加至戊二酸溶液中并搅拌，制备尼龙65盐并精制；
(3)将精制后的尼龙65盐配制盐溶液后加入反应器中，惰性气体保护下在150～190℃且压力为1.2～1.8mpa的条件下进行保温保压反应；将反应器内的压力降至常压，并在200～250℃的条件下缩聚，最后抽真空，即得尼龙65聚合物。
2.根据权利要求1所述的尼龙65聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述s1溶剂和s2溶剂为无水乙醇或95％乙醇或水。
3.根据权利要求2所述的尼龙65聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，且戊二酸与s1溶剂的质量比为1：(0.7～3)，己二胺与s2溶剂的质量比为1：(0.7～2)。
4.根据权利要求3所述的尼龙65聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述戊二酸与己二胺的摩尔比为1：(1～1.03)。
5.根据权利要求1～4任一项所述的尼龙65聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，搅拌转速为100r/min，所述尼龙65盐的质量百分含量为30～80％。
6.根据权利要求5所述的尼龙65聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述尼龙65盐10％水溶液的ph为7.0～8.0。
7.根据权利要求5所述的尼龙65聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述惰性气体为氮气或氩气或氦气或氖气。
8.根据权利要求7所述的尼龙65聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，保温保压时间为1～4h；常压下反应时间为2～5h；真空条件下，反应温度为200～250℃，反应器内压力为-0.1mpa，反应时间为30min～2h。
9.一种如权利要求1～4任一项制备方法制得的尼龙65聚合物，所述尼龙65聚合物的熔融温度为235～245℃，黏均相对分子质量为1～2万。
技术总结