因此,對于由內酰胺聚合,例如由N-甲基-十二烷基內酰胺形成的聚 酰胺,技術人員會在用于聚合的單體中包含其它內酰胺、氨基羧酸、二胺或二羧酸以改變由 單體形成的酰胺鍵之間的間距(在重復單元中),使得聚酰胺中酰胺鍵之間的間距沿著骨 架是不規則的,不是相同的物理尺寸。對于氨基羧酸的聚合,技術人員會在用于聚合的單體 混合物中包含其它內酰胺、氨基羧酸、二胺或二羧酸(單體的主要反應性基團之間具有不 同的物理長度)以改變酰胺鍵之間重復單元中的間距。改變單體上的端基也可打破極性酰 胺鍵的間距中的規則性并降低共聚物的有效Tg。因此,C6氨基羧酸或內酰胺與C6二酸和C6 二胺共聚可打破酰胺鍵的規則性,因為二酸和二胺單元會使酰胺基的取向從頭-尾取向變 成尾-頭取向,輕微打破酰胺鍵的間距沿著聚酰胺骨架的均勻性。通常在進行該程序時,技 術人員嘗試加入提高或降低用作聚酰胺中的主要單體的單體的酰胺形成端基之間的原子 數目的破壞單體。技術人員還可使用具有環狀結構的第二破壞單體(例如哌嗪,其中2個 亞甲基原子形成環的上半部分且2個亞甲基原子形成環的下半部分的環二胺單體)以打破 由二酸與二胺單體反應形成的聚酰胺的規則性,其中在二胺的氮原子之間具有2個亞甲基 原子。
[0036] 表述使用共聚方法降低聚酰胺的Tg以及因此硬度的另一方法是:聚酰胺的特征 是在a、b或c內:
[0037] a)當所述酰胺鍵衍生自一種或多種單體聚合且多于90摩爾%所述單體衍生自 選自內酰胺和氨基羧酸單體的單體聚合時,則所述聚酰胺定義為至少兩種不同單體的共聚 物,意指所述單體的特征是為至少兩種不同的單體,因為它們具有在胺與羧酸基團之間不 同間距長度的烴基部分,其中所述至少兩種不同單體各自以所述聚酰胺中的總內酰胺和/ 或氨基羧酸單體的至少10%,更理想地至少20或30%的摩爾濃度存在,或者
[0038] (b)當所述酰胺鍵衍生自兩種或更多種單體聚合且多于90摩爾%所述單體衍生 自二羧酸和二胺單體聚合時,則所述聚酰胺定義為至少三種不同單體的三元共聚物(意指 所述酰胺鍵由選自二羧酸和二胺單體的至少三種不同單體形成,其中所述至少三種不同單 體的特征是彼此不同之處在于在二羧酸的羧酸基團之間的不同間距長度,或者在二胺的胺 基團之間不同間距長度的烴基,其中所述至少三種不同單體各自以所述聚酰胺中的總單體 的至少10摩爾%,更理想地至少20或30摩爾%的濃度存在),或者
[0039] (c)條件是如果所述酰胺鍵衍生自二羧酸、二胺和內酰胺和/或氨基羧酸單體的 組合聚合,使得總二羧酸單體和二胺單體以10摩爾%或更多,更理想地20或30摩爾%或 更多存在且總內酰胺和氨基羧酸單體以10摩爾%或更多,更理想地20或30摩爾%或更多 存在于單體混合物中,則關于所需其它不同的單體不存在限制。
[0040] 我們使用術語低Tg,玻璃化轉變溫度,即使我們實現多數聚酰胺鏈段起初是低分 子量且可能不容易測量低分子量低聚物的Tg,例如測量的值會戲劇化地受分子量影響。例 如具有如通過差示掃描量熱法(DSC)測量為70、80或90°C以上的Tg值的高Tg聚合物傾向 于甚至在低分子量下形成固體或凝膠。因此,聚酰胺低聚物、遙爪聚酰胺以及甚至來自遙爪 聚酰胺或聚酰胺低聚物的預聚物在本說明書中通常由其在具體溫度下的粘度描述。低Tg 聚酰胺低聚物定義為如果20, 000克/摩爾以上分子量的話,具有50、25或(TC以下的Tg的 那些組合物。
[0041] 在一個實施方案中,遙爪預聚物具有通過布魯克菲爾德圓盤式粘度計以5rpm 圓盤旋轉測量在70 °C的溫度下小于100,OOOcps,更理想地在70 °C下小于15, 000或 10,000cps,仍更理想地在60°C下小于100,000cps,更優選在60°C下小于15,000或 10,OOOcps;仍更優選在50°C下小于15,000或10,OOOcps的粘度。優選,這些粘度為不具 有溶劑或增塑劑的凈預聚物。這些類型的粘度會促進預聚物作為細粒分散于連續介質中以 形成膠體穩定分散體。在一些實施方案中,可將遙爪預聚物用溶劑或增塑劑稀釋以實現這 些范圍內的粘度。
[0042] 術語聚酰胺低聚物指具有2個或更多個酰胺鍵的低聚物,或者有時描述酰胺鍵的 量。聚酰胺低聚物的子集為遙爪聚酰胺。遙爪聚酰胺為具有高百分數或指定百分數的單一 化學類型的兩個官能團,例如2個末端胺基團(意指伯、仲或混合物)、2個末端羧基、2個末 端羥基(也意指伯、仲或混合物)或者2個末端異氰酸酯基團(意指脂族、芳族或混合物) 的聚酰胺低聚物。優選滿足遙爪的定義的%二官能范圍為至少70或80,更理想地至少90 或95摩爾%低聚物為二官能的,這與較高或較低官能度相反。反應性胺封端遙爪聚酰胺為 其中末端基團都為胺類型,伯或仲及其混合物,即排除叔胺基團的遙爪聚酰胺低聚物。
[0043] 本說明書的許多低聚物、遙爪物和聚合物通過所需單體上的反應性基團縮合反應 而制備。反應性基團的縮合反應定義為在單體之間產生化學鍵。并入低聚物或聚合物中 的單體部分定義為來自特定單體的重復單元。一些單體如氨基羧酸,或者與二胺的一端反 應的二酸的一端在單體由單體變成聚合物的重復單元時損失一個水分子。其它單體如內 酰胺、異氰酸酯、與異氰酸酯反應的胺、與異氰酸酯反應的羥基等不釋放一部分分子到環境 中,而是所有單體保留在所得聚合物中。
[0044] 我們將聚酰胺低聚物定義為具有2個或更多酰胺鍵每低聚物的分子量低于 20, 000克/摩爾,例如通常低于10, 000、5, 000、2, 500或2, 000克/摩爾的物種。稍后我們 定義酰胺鍵或者在各低聚物物種中每重復單元提供平均一個酰胺鍵的單體的優選百分數。 聚酰胺低聚物的子集為遙爪低聚物。遙爪聚酰胺具有與以上聚酰胺低聚物相同的分子量優 選。術語遙爪為早先定義的。多種聚酰胺低聚物或遙爪聚酰胺可隨著縮合反應連接以形成 通常100, 000克/摩爾以上的聚合物。
[0045] 一般而言,酰胺鍵由羧酸基團與胺基團的反應或者內酰胺的開環聚合形成,例如 其中環結構中的酰胺鍵轉化成聚合物中的酰胺鍵。在一個優選實施方案中,單體的大部 分胺基團為仲胺基團或者內酰胺的氮為叔酰胺基團。仲胺基團在胺基團與羧酸反應形 成酰胺時形成叔酰胺基團。就本公開內容而言,酰胺,例如內酰胺中的羰基被認為衍生 自羧酸基團,因為內酰胺的酰胺鍵由氨基羧酸的羧酸基團與相同氨基羧酸的胺基團反應 形成。由羧酸基團和胺基團的反應形成酰胺可通過硼酸、硼酸酯、硼烷、磷酸、磷酸鹽、磷 酸酯、胺、酸、堿、硅酸鹽和倍半硅氧烷催化。其它催化劑、條件等可在教課書如Larock的 "ComprehensiveOrganicTransformations',中得到。
[0046] 本公開內容的聚酰胺低聚物和遙爪聚酰胺可包含少量酯鍵、醚鍵、氨基甲酸酯鍵、 脲鍵等,如果用于形成這些鍵的其它單體對聚合物的意欲用途而言有用的話。這容許其它 單體和低聚物包含在聚酰胺中以提供可能需要且用100%聚酰胺鏈段低聚物不能實現的特 性。有時,加入的聚醚、聚酯或聚碳酸酯提供較軟,例如較低Tg鏈段。有時,理想的是將聚 酰胺的羧酸端基或者伯或仲胺端基轉化成能夠縮聚的其它官能端基。有時,使用不產生酰 胺鍵的用于內酰胺的低聚物鏈聚合的引發劑。有時,聚醚可用作聚酰胺的鏈段或一部分以 降低所得聚酰胺低聚物的Tg,或者提供軟鏈段。有時,聚酰胺鏈段,例如具有羧酸或胺端基 的二官能可用2個聚醚末端鏈段,例如來自Jeffamine?D230官能化以進一步降低聚酰胺 低聚物的Tg或者提供軟鏈段,并產生具有胺或羥基端基的遙爪聚酰胺。有時,羧酸封端遙 爪聚酰胺鏈段通過與氨基醇如N-甲基氨基乙醇或者HN(Ra) (Re)反應而官能化,其中Ra 為C1-C4烷基,且Re包含醇基團和C2-C12亞烷基,或者R°和Re可相互連接以形成包含環 狀結構和側羥基(例如在2-羥甲基哌啶中)的C3-C16亞烷基,二者均產生具有末端羥基的 遙爪聚酰胺。仲胺(與羥基相反)與羧酸的反應可通過使用100%摩爾過量的氨基醇并在 160°C+/-10或20°下進行反應而獲益。過量的氨基醇可在反應以后通過蒸餾除去。在一 個實施方案中,具有高百分數的叔酰胺鍵,例如其中至少80%所述酰胺鍵的特征是叔酰胺 鍵的聚酰胺用于制備特征是羥基封端聚酰胺與多異氰酸酯和任選其它分子的反應產物的 遙爪預聚物,其中所述遙爪聚酰胺包含一個或多個來自具有2或4至10個碳原子的內酯和 /或具有3-30個碳原子的羥基羧酸的重復單元。在一個實施方案中,所述內酯和/或羥基 羧酸在胺封端聚酰胺的聚合以后加入并與所述胺封端聚酰胺反應以通過成為所述遙爪聚 酰胺的一端或兩端上的末端重復單元而將它轉化成羥基封端聚酰胺。
[0047] 如早先所述,許多酰胺形成單體產生平均1個酰胺鍵每重復單元。這些包括相互 反應時的二酸和二胺、氨基羧酸和內酰胺。當我們討論這些單體或者來自這些單體的重復 單元時,我們通常意指這些單體、它們的重復單元及其反應性等價物(意指產生與所述單 體相同的重復單元的單體)。這些反應性等價物可包括二酸的酐、二酸的酯等。這些單體在 與同一組的其它單體反應時還產生在所形成的重復單元的兩端上的酰胺鍵。因此,我們使 用摩爾百分數的酰胺鍵和重量%的酰胺形成單體。酰胺形成單體用于指在正常酰胺形成縮 合連接反應中形成平均1個酰胺鍵每重復單元的單體。
[0048] 在一個實施方案中,聚酰胺低聚物或遙爪聚酰胺中連接烴型鍵的含雜原子鍵的數 目的理想地至少10摩爾%,更理想地至少25、30、45、50、55,更理想地至少60、70、75、76、 80、90或95摩爾%的特征是為酰胺鍵。雜原子鍵為其中雜原子連接低聚物或聚合物的通常 表征為烴的兩個部分(或者具有碳-碳鍵,例如烴鍵)的鍵,例如酰胺、酯、氨基甲酸酯、脲、 醚鍵。當聚酰胺中的酰胺鍵的量提高時,聚酰胺中來自酰胺形成單體的重復單元的量提高。
[0049] 在一個實施方案中,聚酰胺低聚物或遙爪聚酰胺的理想地至少25重量%,更理想 地至少30、40、50,更理想地至少60、70、80、90或95重量%為來自酰胺形成單體的重復單 元,也確定為在重復單元兩端上形成酰胺鍵的單體。這類單體包括內酰胺、氨基羧酸、二羧 酸和二胺。在一個實施方案中,聚酰胺低聚物或遙爪聚酰胺的理想地至少25重量%,更理 想地至少30、40或50,更理想地至少60、70、80、90或95重量%為叔酰胺形成單體,也確定 為來自在重復單元的胺端上形成叔酰胺鍵的單體的重復單元。這類單體包括具有叔酰胺基 團的內酰胺、具有仲胺基團的氨基羧酸、二羧酸和二胺,其中兩個胺端基為仲胺。
[0050] 在一個實施方案中,聚酰胺低聚物或遙爪聚酰胺中連接烴型鍵的含雜原子鍵數目 的理想地至少50、75、76、80、90或95摩爾%的特征是為叔酰胺鍵。在一個實施方案中,聚 酰胺低聚物或遙爪多胺中理想地至少25、50、75、76、80、90或95摩爾%鍵為叔酰胺鍵。如 先前所解釋的,叔酰胺鍵由內酰胺與叔酰胺的開環聚合或者仲胺與羧酸基團的反應產生。
[0051] 叔酰胺鍵%的計算:
[0052] 酰胺鍵總數的%叔酰胺鍵以以下方程式計算:
[0053]
[0054] 其中n為單體的數目;
[0055] 指數i指特定單體;
[0056]wtertN為在聚合中形成或者為叔酰胺鍵的一部分的單體中的平均氮原子數目(注 意:形成端基的胺在聚合期間不形成酰胺基團且wtCTt#排除它們的量);
[0057]wtotalN為在聚合中形成或者為叔酰胺鍵的一部分的單體中的平均氮原子數目(注 意:形成端基的胺在聚合期間不形成酰胺基團且wtotalN中排除它們的量),且ni為具有指數 i的單體的摩爾數。
[0058] 酰胺鍵%的計算:
[0059] 所有含雜原子鍵(連接烴鍵)總數的%酰胺鍵由以下方程式計算:
[0060]
[0061]其中Wtotals為單體中含雜原子鍵(連接烴鍵)的平均數和由單體聚合形成的含雜 原子鍵(連接烴鍵)的數目的和。"烴鍵"恰好是重復單元中由連續碳-碳鍵(即不具有 雜原子如氮或氧)形成的各重復單元的烴部分。該烴部分為氧化乙烯或氧化丙烯的亞乙基 或亞丙基部分;十二烷內酰胺的十一烷基、乙二胺的亞乙基基團和己二酸的(CH2)4(或亞丁 基)基團。
[0062] 優選的酰胺或叔胺形成單體包括二羧酸、二胺、氨基羧酸和內酰胺。優選的二羧酸 為其中二羧酸的亞烷基部分為具有2-36個碳原子,更優選4-36個碳原子,任選包含至多1 個雜原子每3或10個碳原子(二酸包含比亞烷基部分多2個碳原子)的環狀、線性或支化 (任選包含芳族基團)亞烷基。這些包括二聚脂肪酸、氫化二聚酸、癸二酸等。一般而言,我 們優選具有較大亞烷基的二酸,因為這通常提供具有較低Tg值的聚酰胺重復單元。
[0063] 優選的二胺包括具有至多60個碳原子,任選對于二胺的每3或10個碳原子包含 1個雜原子(除2個氮原子外)且任選包含各種環狀、芳族或雜環基團的那些,條件是胺基 團中的一個或兩個為仲胺,優選的式為:
[0064]
[0065] 其中:Rb為直連鍵或者具有2-36個碳原子,更優選2或4至12個碳原子的線性或 支化(任選為或者包含環狀、雜環或芳族部分)亞烷基(任選包含至多1或3個雜原子每 10個二胺的碳原子);且&和Rd單獨地為具有1-8個碳原子,更優選1或2至4個碳原子 的線性或支化烷基,或者R。和1連接在一起以形成具有1-8個碳原子的單一線性或支化亞 烷基,或者任選R。和R 的一個在碳原子上與Rb連接,更理想地R。和R 1或2至4個碳 原子。這類二胺包括來自4]^61'11^1'16的£1:1^(311代1¥90(推測而言,1'1,1'1'-雙(1,2,2-三甲 基丙基)_1,6-己二胺);都來自Huntsman的Clearlink? 1000 或Jefflink? 754 ;N_ 甲基 氨基乙醇;其中亞烷基具有2-4個碳原子且具有100-2000的分子量的二羥基封端、羥基和 胺封端或者二胺封端的聚(氧化烯);N,N' -二異丙基-1,6-己二胺;N,N' -二(仲丁基) 苯二胺;哌嗪;高哌嗪;和甲基哌嗪。Jefflink? 754具有結構:
[0069] 具有芳族基團的另一二胺為:N,N' -二(仲丁基)苯二胺,參見以下結構:
[0070]
[0071] 優選的二胺為其中兩個胺基團都為仲胺的二胺。
[0072] 優選的內酰胺包含在其中具有4-12個碳原子的直鏈或支化亞烷基鏈段,使得內 酰胺的氮上不具有取代基的環結構具有總計5-13個碳原子(當內酰胺包含羰基時)且內 酰胺的氮上的取代基(如果內酰胺為叔酰胺的話)為具有1-8個碳原子的烷基,更理想地 具有1-4個碳原子的烷基。十二烷基內酰胺、烷基取代的十二烷基內酰胺、己內酰胺、烷基 取代的己內酰胺和具有較大亞烷基的其它內酰胺為優選的內酰胺,因為它們提供具有較低 Tg值的重復單元。氨基羧酸具有與內酰胺相同的碳原子數目。理想地,氨基羧酸的胺與羧 酸基團之間的線性或支化亞烷基中的碳原子數目為4-12,且胺基團(如果它是仲胺基團的 話)的氮上的取代基為具有1-8個碳原子,更優選1或2至4個碳原子的烷基。優選具有 仲胺基團的氨基羧酸。
[0073] 在一個實施方案中,理想地至少50重量%,更理想地至少60、70、80或90重量% 所述聚酰胺低聚物或遙爪聚酰胺包含來自二酸和二胺的重復單元,其具有下式的重復單元 結構:
[0074]
[0075] 其中Ra為二羧酸的亞烷基部分且為具有2-36個碳原子,更優選4-36個碳原子, 任選包含至多1個雜原子每二羧酸的3或10個碳