一种阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯体系及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)体系及其制备方法，该阻燃PET体系包括PET和膨胀型阻燃剂，所述膨胀型阻燃剂包括酸源、炭源/气源，其中，所述酸源为聚磷酸铵，所述炭源/气源为三(2‑羟乙基)异氰尿酸酯与有机酸合成的酯。本发明专利技术中PET体系采用膨胀型阻燃剂，极大地提高了体系的阻燃性，降低了熔滴量，且抑烟效果尤其明显，制备方法操作简便、易于控制，便于工业化生产。

Flame retardant polyethylene terephthalate system and preparation method thereof

The present invention discloses a flame retardant polyethylene terephthalate (PET) system and its preparation method, the flame retardant PET system including PET and intumescent flame retardant, the flame retardant including acid source, carbon source / gas source, the source for the acid ammonium polyphosphate, the carbon source / the source is three (2 hydroxyethyl) isocyanurate and organic acid ester. The PET system is adopted in the invention of intumescent flame retardant, greatly improve the flame retardant system, reduce the droplet volume, and especially smoke suppression effect, the preparation method is simple and easy to control, convenient for industrial production.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种阻燃PET体系，特别涉及一种包含基于THEIC的膨胀型阻燃剂的阻燃PET体系及其制备方法。
技术介绍
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)具有高强度、高模量、以及良好的耐热性和等优点，因而一直被广泛用于塑料包装瓶、薄膜及合成纤维等，是目前世界上产量最高、用量最大、用途最广泛的高分子合成材料之一。但PET的限氧指数(LOI)仅为22％左右，属于易燃聚合物材料，且在燃烧过程中，具有明显的熔体滴落的现象，容易造成二次伤害。如何提高PET的阻燃性(一般LOI≥26％即可称为阻燃材料)，降低其在火灾中的危害性，已经成为一个广泛关注的研究方向。目前，对聚酯的阻燃改性主要有共聚、共混、织物后整理、皮芯复合纺丝等，共混法由于简单易行、操作费用低、阻燃剂应用灵活等优点，在聚酯的阻燃改性研究中占有重要地位。膨胀型阻燃剂(IFR)以氮、磷为主要元素，材料燃烧过程中能在其表面生成一层膨胀的多孔炭层，隔氧、隔热、抑烟，并能起到抗熔滴的作用，因此具有良好的阻燃性能。典型的膨胀型阻燃剂是由酸源、炭源和气源三部分组成。在材料燃烧过程中，酸源释放出具有脱水作用的无机酸，与具有多碳的炭源发生酯化反应，进一步脱水成炭，形成炭层；整个体系在这个过程中熔融，酯化反应产生的水蒸气和由气源产生的不燃气体填充到炭层中，使体系膨胀发泡，并具有降低燃烧前沿温度的作用。关注和应用较多的典型膨胀型阻燃剂是由聚磷酸铵(APP，酸源)、季戊四醇(PER，炭源)和三聚氰胺(MEL，气源)三部分组成，但其在使用过程中也存在一些问题，如热稳定性较差、阻燃效率较低、吸湿性较强等。基于以上原因，亟需开发出一种阻燃性好、抑烟和抗熔滴效果明显、稳定性强、与聚合物材料相容性好的膨胀型阻燃剂及应用此膨胀型阻燃剂的高效阻燃PET体系。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，结果发现，采用三嗪类衍生物三(2-羟乙基)异氰尿酸酯(THEIC)与有机酸形成的酯作为膨胀阻燃剂的炭源和气源，聚磷酸铵作为酸源，复配后形成的膨胀型阻燃剂应用于PET材料，阻燃性能强、抑烟和抗熔滴效果明显，从而完成了本专利技术。本专利技术的目的在于提供以下方面：第一方面，提供一种阻燃PET体系，所述阻燃PET体系包括PET树脂和膨胀型阻燃剂，所述膨胀型阻燃剂包括酸源、炭源/气源，其中，所述酸源为聚磷酸铵(APP)，所述炭源/气源为三(2-羟乙基)异氰尿酸酯与有机酸合成的酯。第二方面，提供一种阻燃PET体系的制备方法，包括以下步骤：步骤1)，称取设定量的三(2-羟乙基)异氰尿酸酯至反应容器中，升温熔融后加入有机酸，保温反应；步骤2)，将PET、聚磷酸铵以及步骤1中产物进行干燥后，按重量配比混合，在配混设备中进行熔融共混；步骤3)，将步骤2)中得到的共混物进行后处理。第三方面，提供一种用于阻燃PET体系的膨胀型阻燃剂，其特征在于，包括以下重量配比的组分：炭源/气源 1-20重量份，优选3-13重量份，酸源 1-20重量份，优选7-17重量份，其中，所述炭源/气源为三(2-羟乙基)异氰尿酸酯与有机酸形成的酯，和/或所述有机酸选自甲酸、乙二酸、苯甲酸、苯乙酸、对苯二甲酸中的一种或多种，优选对苯二甲酸(PTA)。根据本专利技术提供的一种阻燃PET体系及其制备方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术中阻燃PET体系采用的膨胀型阻燃剂中含有对苯二甲酸，在保证高阻燃效果的同时，改善了膨胀型阻燃剂与PET的相容性；(2)本专利技术中膨胀型阻燃剂采用THEIC作为炭源/气源，采用对苯二甲酸对其进行部分酯化，增强THEIC的热稳定性，并降低其亲水性，有利于膨胀型阻燃剂稳定性和持久性的提高；(3)本专利技术膨胀型阻燃剂中三(2-羟乙基)异氰尿酸对苯二甲酸酯(T-ester)与聚磷酸铵具有一定的协同效应，提高了体系的残炭量和极限氧指数，降低了熔滴量，且抑烟效果明显；(4)使用无卤环保阻燃剂，符合绿色环保阻燃的要求；(5)本专利技术提供的制备方法具有操作简便、易于控制和工业化生产的特点。附图说明图1示出THEIC、PTA以及T-ester的红外光谱图；图2示出T-ester的核磁共振氢谱。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。根据本专利技术的第一方面，提供一种阻燃PET体系，包括PET树脂和膨胀型阻燃剂，所述膨胀型阻燃剂包括酸源、炭源/气源，其中，所述酸源为聚磷酸铵(APP)，所述炭源/气源为三(2-羟乙基)异氰尿酸酯与有机酸合成的酯。本专利技术中，所述有机酸选自甲酸、乙二酸、苯甲酸、苯乙酸、对苯二甲酸中的一种或多种，优选对苯二甲酸(PTA)。本专利技术中，三(2-羟乙基)异氰尿酸酯(THEIC)是一种三嗪类多官能团化合物，其受热分解能够产生含氮气体，并且具有三个羟乙基，可同时作为膨胀阻燃体系的炭源和气源。为了增强THEIC的热稳定性，并降低其亲水性，本专利技术中优选用PTA对其中的羟基进行部分酯化反应，同时，由于PTA是聚酯合成所用的单体之一，因此，获得的产物(T-ester)与PET的相容性也会得到改善。本专利技术中，所述阻燃PET体系包括如下重量配比的组分：PET树脂 80-100重量份，膨胀型阻燃剂 1-20重量份。本专利技术中，所述阻燃PET体系中的PET树脂，可为含有阻燃剂的PET(FRPET)，如含磷阻燃PET，也可为不含改性剂的PET，PET树脂或FRPET树脂可任选通过商购获得或自制得到。本专利技术中，所述阻燃PET体系还包括阻燃协效剂，所述阻燃协效剂选自硼酸锌、三氧化二锑、五氧化二锑、偏硼酸盐、蒙脱土、氧化铁、氢氧化铝、氢氧化镁、三聚氰胺中的一种或多种，优选为硼酸锌、三氧化二锑、蒙脱土中的一种或多种，更优选为硼酸锌和三氧化二锑复配使用。本专利技术还提供了一种阻燃PET体系的制备方法，包括以下步骤：步骤1)，称取设定量THEIC至反应容器中，升温熔融后加入有机酸，保温反应；步骤2)，将PET、聚磷酸铵以及步骤1中产物进行干燥后，按重量配比混合，在配混设备中进行熔融共混；步骤3)，将步骤2)中得到的共混物进行后处理。步骤1)中，所述THEIC的用量与有机酸的用量之比为THEIC的摩尔量：有机酸的摩尔量＝(3.5-5)：3，优选(4-4.5)：3；为了尽可能发挥THEIC中N杂环的气源作用以及碳链的炭源作用，同时为减少合成的酯化物中游离-COOH数，故过量使用THEIC。熔融温度为140℃-160℃，高于THEIC熔点(133.5-137℃)，可快速、完全熔融THEIC。反应温度为180℃-200℃，本专利技术人发现，反应体系的温度为180℃-200℃时，反应能够快速地进行，而且制得的产物中副产物少。本专利技术人发现，当反应时间小于2h时，反应进行得不够充分，体系中仍存在大量反应原料的剩余，不仅降低了产物的收率，而且残留的羧基(-COOH)对PET的稳定性不利；当反应时间大于4h时，产物的收率不再明显提高，不仅浪费时间，而且，当反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯体系，其特征在于，所述阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯体系包括聚对苯二甲酸乙二醇酯和膨胀型阻燃剂，所述膨胀型阻燃剂包括酸源、炭源/气源，其中，所述酸源为聚磷酸铵，所述炭源/气源为三(2‑羟乙基)异氰尿酸酯与有机酸合成的酯。

【技术特征摘要】
1.一种阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯体系，其特征在于，所述阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯体系包括聚对苯二甲酸乙二醇酯和膨胀型阻燃剂，所述膨胀型阻燃剂包括酸源、炭源/气源，其中，所述酸源为聚磷酸铵，所述炭源/气源为三(2-羟乙基)异氰尿酸酯与有机酸合成的酯。2.根据权利要求1所述的阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯体系，其特征在于，所述有机酸选自甲酸、乙二酸、苯甲酸、苯乙酸、对苯二甲酸中的一种或多种，优选对苯二甲酸。3.根据权利要求1或2所述的阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯体系，其特征在于，所述阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯体系包括如下重量配比的组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯80-100重量份，膨胀型阻燃剂1-20重量份。4.根据权利要求1至3之一所述的阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯体系，其特征在于，所述阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯体系中还包括阻燃协效剂，所述阻燃协效剂选自硼酸锌、三氧化二锑、五氧化二锑、偏硼酸盐、蒙脱土、氧化铁、氢氧化铝、氢氧化镁、三聚氰胺中的一种或多种，优选为硼酸锌、三氧化二锑、蒙脱土中的一种或多种，更优选为硼酸锌和三氧化二锑复配使用。5.根据权利要求1至4之一所述的阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯体系的制备方法，包括以下步骤：步骤1)，称取设定量的三(2-羟乙基)异氰尿酸酯至反应容器中，升温熔融后加入有机酸，保温反应；步骤2)，将聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚磷酸铵以及步骤1中产物进行干燥后，按重量配比混合，在配混设备中进行熔融共混；步骤3)，将步骤2)中得到的共混物进行后处理。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱志国，王锐，董振峰，魏丽菲，靳昕怡，
申请(专利权)人：北京服装学院，
类型：发明
国别省市：北京;11