一种基于离子液体催化的呋喃基聚酰胺及其制备方法技术

发明专利技术公开了一种基于离子液体催化的呋喃基聚酰胺及其制备方法，采用生物基呋喃二甲酸二甲酯和

【技术实现步骤摘要】
一种基于离子液体催化的呋喃基聚酰胺及其制备方法


[0001]本专利技术属于生物基高分子材料领域，具体涉及一种基于离子液体催化的生物基聚酰胺及其制备方法，特别涉及一种基于离子液体催化的聚呋喃二甲酰丁二胺及其制备方法
。

技术介绍

[0002]聚酰胺是一种在重复单元中含有酰胺键的聚合物，具有很好的化学稳定性和机械性能
。
作为重要的工程塑料，聚酰胺被广泛用于石油工业
、
汽车工业
、
机械
、
船舶
、
电子
、
医疗器械
、
家用电器等领域
。
聚酰胺凭借其优异的综合性能已成为国内外应用最为广泛的热塑性工程塑料，同时也是仅次于聚酯纤维
(
涤纶
)
的世界第二大纤维材料
。
然而目前传统的聚酰胺合成严重依赖化石资源，如芳香族
/
脂肪族二羧酸
、
二胺
、
氨基酸和内酰胺
。
快速消耗的化石资源和日益严重的环境问题，引起了人们对生物基聚合物的广泛关注
。
以生物质为原料的呋喃基聚酰胺作为半芳香族聚酰胺，可同时具有脂肪族聚酰胺良好的可加工性和芳香族聚合物的耐热稳定性，具有广泛的应用前景
。
[0003]2,5
‑
呋喃二甲酸
(FDCA)
是采用化学法或生物法以生物质及其衍生物为原料制备的
。
与石油基芳香族对苯二甲酸
(TPA)
相比，生物基
FDCA
由于碳原子数量减少，芳香度较低，表现出良好的生物降解性和特殊性能，被评为最有价值的
12
种生物基平台化合物之一
。
自
20
世纪
60
年代以来，
FDCA
被用来制备聚酰胺，打破了聚酰胺合成工业对石油资源的传统依赖，减少了危险废物的生产和排放
。
[0004]聚呋喃二甲酰丁二胺
(PA4F)
具有与对苯二甲酸
(TPA)/
间苯二甲酸
(IPA)
基聚合物相似甚至更好的热性能和机械性能
。
因此，
FDCA
基呋喃
‑
脂肪族聚酰胺可作为聚邻苯二甲酰胺的替代品，作为高性能材料应用，在未来工业领域中拥有着广泛的应用前景
。
然而，当前国内外聚酰胺
PA4F
的研究主要集中在共聚
、
热降解等方面，远未达到可工业放大的工艺水准
。
[0005]离子液体是一类应用广泛的绿色催化剂，近年来，由于其独特的理化性质，如近零蒸汽压
、
高热稳定性
、
结构可调性和低毒性引起了人们的广泛关注
。
在聚酰胺的制备过程中，已成功通过咪唑基离子液体作为溶剂合成了高分子量芳香族聚酰胺
。
在聚合物制备过程中其有望作为一种优异的催化剂，相比传统催化剂存在着催化效率高，无金属残留等优势，避免残留的金属在终端产品中污染生态环境和危害人类健康
。
因此，围绕离子液体制备生物基聚酰胺是实现非金属催化的重要途径
。
[0006]此外，现有
PA4F
的合成过程中，原料通常首先在甲醇
/
乙醇中成盐，然后通过水做反应介质进行加压预聚和减压缩聚，得到一定分子量的聚合物后进行熔融缩聚或者固相缩聚，反应步骤繁琐，对设备要求高，原子经济性差且废液产生量多
。
因此，开发一种绿色
、
环保
、
高效的制备高性能呋喃基聚酰胺
PA4F
的制备工艺显得尤为重要
。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有工艺的不足，提供了一种基于离子液体催化的呋喃基聚酰胺及其制备方法
。
本专利技术整个反应过程中仅使用水作为分散相和加热介质，此外无需使用任何有机溶剂及添加剂，符合生物基高分子材料绿色环保的理念
。
前期通过加压预聚以避免二胺的挥发，然后在真空条件下除去水溶剂，最后通过熔融缩聚得到数均分子量为
9642
～
27229g/mol
的聚合物
。
本专利技术提供的基于离子液体催化的生物基聚酰胺合成方法方便快捷，应用场景广泛，获得聚合物综合性能优异，其玻璃化转变温度高，具有较高的透明度和良好的热稳定性
。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术具体的技术方案如下：
[0009]一种基于离子液体催化的呋喃基聚酰胺及其制备方法，其特征在于：呋喃二甲酸二甲酯与
1,4
‑
丁二胺采用离子液体为催化剂，通过熔融缩聚反应制备生物基聚酰胺，具体为制备生物基聚呋喃二甲酰丁二胺，包括以下步骤：
[0010](1)
预聚阶段：将呋喃二甲酸二甲酯
、
去离子水和离子液体催化剂按照一定比例混合后加入
1,4
‑
丁二胺，将上述溶液移入高压反应器，反复通氮气将反应器内气氛置换为惰性气氛，然后加热加压反应，得到低聚物溶液；
[0011](2)
缩聚阶段：将得到的低聚物溶液在一定温度下抽真空除去体系中的水和副产物甲醇，随后升温进行熔融缩聚
。
[0012]所述熔融缩聚反应分为四个阶段进行，第一阶段为加压预聚：采用氮气充压至
0.1
～
0.4MPa
，搅拌速率为
300
～
800rpm
，反应温度为
80
～
120℃
，反应时间为
30
～
150min
；第二阶段为保温保压，反应温度为
120
～
190℃
，反应时间为
60
～
300min
，得到低聚物溶液；第三阶段为减压脱水：反应温度为
80
～
160℃
，搅拌速率为
50
～
200rpm
，反应时间为
60
～
360min
，真空度为
1000
～
6000pa
，第四阶段为熔融缩聚，反应温度为
190
～
260℃
，真空度控制在
100pa
以内，搅拌速率为
50
～
150rpm
，反应时间为
120
～
360min。
[0013]本专利技术由呋喃二甲酸二甲酯
(DMFDC)
与
1,4
丁二胺
(BDA)
合成呋喃基聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于离子液体催化的呋喃基聚酰胺及其制备方法，其特征在于，呋喃二甲酸二甲酯与
1,4
‑
丁二胺采用离子液体为催化剂，通过熔融缩聚反应制备生物基聚酰胺，具体为生物基聚呋喃二甲酰丁二胺，包括以下步骤：
(1)
预聚阶段：将呋喃二甲酸二甲酯
、
去离子水和离子液体催化剂按照一定比例混合后加入
1,4
‑
丁二胺，将上述溶液移入高压反应器，反复通氮气将反应器内气氛置换为惰性气氛，然后加热加压反应，得到低聚物溶液；
(2)
缩聚阶段：将得到的低聚物溶液在一定温度下抽真空除去体系中的水和副产物甲醇，随后升温进行熔融缩聚
。
所述熔融缩聚反应分为四个阶段进行，第一阶段为加压预聚：采用氮气充压至
0.1
～
0.4MPa
，搅拌速率为
300
～
800rpm
，反应温度为
80
～
120℃
，反应时间为
30
～
150min
；第二阶段为保温保压，反应温度为
120
～
190℃
，反应时间为
60
～
300min
，得到低聚物溶液；第三阶段为减压脱水：反应温度为
80
～
160℃
，搅拌速率为
50
～
200rpm
，反应时间为
60
～
360min
，真空度为
1000
～
6000pa
，第四阶段为熔融缩聚，反应温度为
190
～
260℃
，真空度控制在
100pa
以内，搅拌速率为
50
～
150rpm
，反应时间为
120
～
360min。2.
根据权利要求1所述的一种基于离子液体催化的呋喃基聚酰胺及其制备方法，其特征在于，呋喃二甲酸二甲酯与
1,4
‑
丁二胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏冬霞，冯健，辛加余，吕兴梅，李佳宝，周清，李益，张锁江，
申请(专利权)人：廊坊绿色工业技术服务中心，
类型：发明
国别省市：