一种呋喃基半芳香聚酰胺高强工业丝的制作方法-k8凯发

本发明属于高分子材料，具体涉及一种呋喃基半芳香聚酰胺高强工业丝。

背景技术：

1、聚酰胺俗称尼龙(nylon)，是分子主链上含有重复酰胺基团-[nhco]-的热塑性树脂的总称。尼龙具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，其广泛用于合成纤维与工程塑料领域。尼龙的品种繁多，其中有脂肪族聚酰胺、半芳香族以及全芳香聚酰胺(芳纶)等很多新品种。脂肪族聚酰胺一般机械强度与耐热性较低，而半芳香族与芳纶主要单体均来源自石油基资源，不具备低碳环保与可持续性发展特点。

2、目前聚酰胺工业丝主要为尼龙6、尼龙56、尼龙66以及芳纶，其中脂肪族的聚酰胺工业丝强度一般在10cn/dtex以下，而芳纶的工业丝虽然强度可达20cn/dtex及以上，但因芳纶熔点高于分解温度，因此只能通过溶液纺丝来制备工业丝，制备过程需要使用大量的有机溶剂，使得纺丝工艺较为复杂、成本较高且不够环保。专利申请cn 111411405 a公开了一种高强聚酰胺56工业丝及其制备方法与应用，该高强丝的断裂强度为8.7～9.2cn/dtex，断裂伸长率为16～24％，工业丝强度较低，同时聚酰胺56的生物基含量＜50％；专利申请cn115559012 a公开了一种高强度尼龙6工业丝的制备方法，通过将尼龙6与5t进行共聚，在尼龙6的大分子链上引入苯环，可得到共聚改性pa6工业丝，但其断裂强度依然＜9.0cn/dtex。

3、目前虽然有大量专利公开了脂肪族聚酰胺工业丝的制备方法，但涉及半芳香聚酰胺熔融纺丝的报道还很少。因此，本发明旨在提供一种呋喃基半芳香聚酰胺高强工业丝，以满足应用需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种呋喃基半芳香聚酰胺高强工业丝，具有高的生物基含量，同时力学强度与耐热性能优异。

2、为达到以上目的，本发明采用以下技术方案。

3、第一方面，本发明提供了一种呋喃基半芳香聚酰胺高强工业丝，其原料呋喃基半芳香聚酰胺的结构如通式i所示：

4、

5、m取值为8～14的整数；

6、所述原料呋喃基半芳香聚酰胺的制备步骤包括：将反应原料2,5-呋喃二甲酸二甲酯、脂肪族二元胺、催化剂在氮气气氛中，于90～150℃下反应1～1.5h，之后分离出馏出物甲醇；升温至230～250℃反应0.5～1.5h，然后负压下进行缩聚反应，负压缩聚反应过程中釜内压力≤-50kpa，反应温度为280～320℃，反应制得呋喃基半芳香聚酰胺；

7、所述脂肪族二元胺为c8-c14的脂肪族二元胺；

8、所述催化剂为六氟磷酸酯类化合物；优选为四甲基氟代脲六氟磷酸酯、6-氯苯并三氮唑-1,1,3,3-四甲基脲六氟磷酸酯、苯并三氮唑-n,n,n',n'-四甲基脲六氟磷酸酯中的一种或几种。

9、作为本发明一种实施方案，所述脂肪族二元胺选自1,8-辛二胺、1,10-癸二胺、1,12-十二碳二元胺。

10、优选地，所述脂肪族二元胺为1,10-癸二胺。

11、作为本发明一种实施方案，所述m取值为8、10、12，优选为10。

12、作为本发明一种实施方案，所述反应原料中还添加有抗氧化剂，优选所述抗氧化剂选自抗氧剂1010、seed、b215中的一种或几种。进一步优选所述抗氧化剂为抗氧剂b215。

13、作为本发明一种实施方案，所述2,5-呋喃二甲酸二甲酯与所述脂肪族二元胺的摩尔比为1:(1.02～1.08)，优选地，所述2,5-呋喃二甲酸二甲酯与所述脂肪族二元胺的摩尔比为1:1.05。

14、作为本发明一种实施方案，所述催化剂的用量为所述2,5-呋喃二甲酸二甲酯质量的0.1～0.3％；优选地，所述催化剂的用量为所述2,5-呋喃二甲酸二甲酯质量的0.1％。

15、作为本发明一种实施方案，所述抗氧化剂的用量为所述2,5-呋喃二甲酸二甲酯和所述脂肪族二元胺总质量的0.05～0.1％；优选地，所述抗氧化剂的用量为所述2,5-呋喃二甲酸二甲酯和所述脂肪族二元胺总质量的0.06～0.08％；进一步优选地，所述抗氧化剂的用量为所述2,5-呋喃二甲酸二甲酯和所述脂肪族二元胺总质量的0.07％。

16、作为本发明一种实施方案，在所述原料呋喃基半芳香聚酰胺的制备过程中，反应原料升温至90～150℃过程中、在90～150℃下反应过程中均进行搅拌，搅拌转速为100～200r/min，优选搅拌转速为120r/min。

17、作为本发明一种实施方案，在负压缩聚反应过程中，搅拌转速为20～60r/min，反应时间1～4h；优选地，在负压缩聚反应过程中，搅拌转速为50r/min，反应时间1～2h；进一步优选地，在负压缩聚反应过程中，反应时间1.5h。

18、作为本发明一种实施方案，所述呋喃基半芳香聚酰胺高强工业丝以呋喃基半芳香聚酰胺为原料，采用包括以下步骤的方法制成高强工业丝：

19、将原料呋喃基半芳香聚酰胺切片进行熔融纺丝，纺丝温度为270～310℃，纺丝速度为500～1500m/min；采用三级拉伸定型，总拉伸倍数为4.0～6.5；紧张热定型温度为150～230℃，松弛热定型温度为100～200℃；拉伸卷绕速度为2500～4000m/min，获得呋喃基半芳香聚酰胺高强工业丝。

20、作为本发明一种实施方案，所述三级拉伸定型包括第一级预拉伸、第二级主拉伸和第三级次拉伸，所述第一级预拉伸的拉伸倍数为1.0～1.2，所述第二级主拉伸的拉伸倍数为2.0～2.5，所述第三级次拉伸的拉伸倍数为2.0～2.5。

21、作为本发明一种实施方案，所述第二级主拉伸过程中进行紧张热定型，所述第三级次拉伸过程中进行松弛热定型。

22、作为本发明一种实施方案，所述第一级预拉伸的温度为110～150℃；紧张热定型的温度为180～230℃，优选为180～200℃；所述松弛热定型的温度为100～140℃，优选为120～140℃。

23、作为本发明一种实施方案，所述呋喃基半芳香聚酰胺高强工业丝的纱线强度为9.0～12.0cn/dtex，断裂伸长率为15～27％，热收缩率为4～7％。

24、第二方面，本发明提供了一种呋喃基半芳香聚酰胺高强工业丝的应用，用于轮胎帘子线、气囊丝、水布、帆布、安全带、绳索、渔网、工业过滤布、传输带、降落伞、帐篷、箱包制备领域，作为制备材料使用。

25、本发明提供的呋喃基半芳香聚酰胺高强工业丝，以2,5-呋喃二甲酸二甲酯与脂肪族二元胺为单体，经一步熔融聚合制备得到高分子量的呋喃基半芳香聚酰胺；之后将制得的聚酰胺切片干燥、熔融纺丝，配合拉伸、热定型、卷绕工艺，最终得到高强生物基半芳香聚酰胺工业丝。本发明提供的呋喃基半芳香聚酰胺高强工业丝具有高的生物基含量，同时力学强度与耐热性能优异，可应用于轮胎帘子线、气囊丝、水布、帆布、安全带、绳索、渔网、工业过滤布、传输带、降落伞、帐篷、箱包等领域。

26、本发明通过选用合适的催化剂，并控制合适的反应条件，例如负压缩聚的条件，可以实现一步熔融聚合制备得到高分子量的呋喃基半芳香聚酰胺。制得的聚酰胺切片再经三级拉伸及热定型，获得了呋喃基半芳香聚酰胺高强工业丝。本发明制备的呋喃基半芳香聚酰胺高强工业丝区别于其他石油基来源的聚合物，减少了对石油资源的依赖和消耗，减少二氧化碳的排放，减少碳足迹，低碳环保；同时2,5-呋喃二甲酸二甲酯熔点较低，与脂肪族二元胺不需要经过成盐，可以一步熔融聚合制备聚酰胺且对反应装置要求不高；采用本发明制备的呋喃基半芳香聚酰胺工业丝，具有优异的力学强度与耐热性能。

27、本发明通过以2,5-呋喃二甲酸二甲酯为主要原料，熔融聚合制备得到呋喃基半芳香聚酰胺进而制成工业丝，该工艺具有环境污染小，低碳环保、流程简易以及产物性能稳定等优势；同时配合合适的催化剂，保证较高的反应速率，从而获得的聚合物分子量较大，具有优异的耐热与机械性能。