一种全生物基高性能尼龙及其制备方法

本发明涉及高分子材料，具体涉及一种全生物基高性能尼龙的制备。

背景技术：

1、尼龙是一种由二元酸和二元胺或者内酰胺缩聚反应形成的高分子材料，得益于其主链分子结构中的强氢键作用和一定长度的饱和烷烃碳链存在，使得其同时具备高耐热性、优异机械强度和良好的加工成型性能特点，被广泛应用于电子电器、5g通讯、轨道交通、汽车行业等领域。

2、随着全球对低碳经济的追求及我国“碳达峰、碳中和”重大战略决策的出台，绿色低碳的工业化产业势必将成为未来重点发展对象。对于尼龙高分子材料而言，要实现其绿色低碳化的一个重要方法和渠道就是实现其单体来源的生物质化。目前，已实现产业化应用的全生物基尼龙只有尼龙11，尼龙12和尼龙1012少数几种。正在开发的生物基单体主要是呋喃二甲酸类单体、衣康酸类单体和戊二胺类单体。

3、如中国专利cn112300384a公布了一种全生物基尼龙及其改性方法及其应用，以来源于生物质的戊二胺、呋喃二甲酸为单体，通过采用特定的催化剂进行高温高压缩聚制备全生物基尼龙树脂，进一步增强改性后利用3d打印技术成型。这类材料的问题在于一方面是呋喃二甲酸单体价格昂贵，限制了商业化应用，另一方面是呋喃二甲酸单体高温下容易发生脱羧等一系列降解反应，难以得到高分子量窄分布的高性能全生物基尼龙树脂。

4、又如中国专利cn104193989a公布了一种生物基聚酰胺弹性体及其制备方法。其采用衣康酸、癸二酸、癸二胺、丁二胺四种生物基单体进行四元共聚制备得到生物基聚酰胺，将生物基聚酰胺的加工成型样品浸泡在去离子水中对材料进行改性24-96h即可得到聚酰胺弹性体。这种生物基聚酰胺弹性体具有良好的加工性能、细胞毒性和可降解性能。这种四元共聚生物基聚酰胺材料的主要问题在于衣康酸单体中的双键会与胺基发生环化反应和一系列副反应，品质难以保证，影响其应用。

5、综上所述，目前常见的呋喃二甲酸类和衣康酸类生物基聚酰胺均存在副反应多、难以保证生物基聚酰胺材料的品质质量和单体价格昂贵、影响推广应用等难题。

6、cn114196011a公开了一种长效抗菌生物基尼龙树脂的制备方法，所得尼龙在长期的高温高湿条件下，仍能保持极高的抗菌性能，然而该生物基尼龙的透明度仍有待改善。

技术实现思路

1、为克服以上问题，本发明人进行锐意研究，从生物基1,5-戊二胺单体和衣康酸二甲酯得到衣康酸二甲酯衍生物a，再以生物基二胺和衣康酸二甲酯衍生物a作为单体，制得全生物基透明尼龙，从而完成本发明。

2、本发明的目的在于提供一种全生物基高性能尼龙，其由作为单体的生物基二胺和衣康酸二甲酯衍生物a制得，其中，所述衣康酸二甲酯衍生物a由生物基1,5-戊二胺单体得到的生物基哌啶与衣康酸二甲酯反应得到。

3、本发明的另一目的在于提供一种全生物基高性能尼龙的制备方法，该方法通过将作为单体的生物基二胺和衣康酸二甲酯衍生物a在100℃~250℃温度范围内进行逐步梯度升温进行聚合反应。

4、本发明的再一目的在于提供一种衣康酸二甲酯衍生物，其用于合成全生物基高性能透明尼龙，具有以下结构：

5、。

6、本发明提供的全生物基高性能尼龙及其制备方法，具有以下优点：

7、（1）生物质单体原材料来源易得，成本低廉；

8、（2）生物基单体衣康酸二甲酯衍生物a的合成改性工艺简单，易放大；

9、（3）全生物基尼龙的聚合工艺绿色无溶剂、反应条件温和可控，可以实现高品质尼龙树脂的制备；

10、（4）所得尼龙分子量高，性能优异，具有良好的机械性能、优异的光学透明性、极佳的阻隔性能和优良的力学韧性。

技术特征：

1.一种全生物基高性能尼龙，其由作为单体的生物基二胺和衣康酸二甲酯衍生物a聚合制得，所述衣康酸二甲酯衍生物a具有以下结构：

2.如权利要求1所述的全生物基高性能尼龙，其中，所述生物基二胺选自1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、壬二胺、癸二胺和十二二胺。

3.如权利要求1所述的全生物基高性能尼龙，其中，生物基二胺和衣康酸二甲酯衍生物a聚合在催化剂存在下进行，所述催化剂选自胍类催化剂、脒类催化剂、钛类催化剂或生物酶类催化剂，

4.如权利要求1所述的全生物基高性能尼龙，其中，生物基二胺和衣康酸二甲酯衍生物a聚合在催化剂和其他助剂存在下进行，所述其他助剂为抗氧剂，

5.一种全生物基高性能尼龙的制备方法，通过将作为单体的生物基二胺和衣康酸二甲酯衍生物a在100℃~250℃温度范围内进行逐步梯度升温进行聚合反应，

6.如权利要求5所述的制备方法，包括：将生物基二胺、衣康酸二甲酯衍生物a、催化剂以及其他助剂加入到高压聚合反应釜中，在100℃~250℃温度范围内进行逐步梯度升温聚合反应，得到全生物基高性能尼龙，

7.如权利要求5所述的制备方法，所述逐步梯度升温聚合反应过程包括以下阶段：

8.衣康酸二甲酯衍生物a，具有以下结构：

技术总结
本发明公开了一种全生物基高性能尼龙及其制备方法，所述全生物基高性能尼龙由作为单体的生物基二胺和衣康酸二甲酯衍生物A聚合制得，分子量高，性能优异，具有良好的机械性能、优异的光学透明性、极佳的阻隔性能和优良的力学韧性。

技术研发人员：陈旭东,杨克俭,常海洋,汪成
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15