一种兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚酯材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚酯材料及其制备方法，该阻燃材料以重量份计，含有聚酯材料70～87份，原位掺杂纳米级金属化合物的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂1～10份、磷系阻燃剂与端基为‑OH或‑NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂的总量为23～10份，端基为3个及以上环氧基团的化合物1～2份，将上述成分按比例预混后，在170℃‑230℃下熔融共混，即得到阻燃聚酯材料。该阻燃聚酯材料中，断链扩链协同作用形成交联结构，且原位掺杂纳米级金属化合物的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂与端基为‑OH或‑NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂的结构相似，具有良好的相容性，能够发挥良好的协同效应，进一步改善材料的阻燃性能和力学性能。

A flame retardant polyester material with high flame retardancy and mechanical properties and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚酯材料及其制备方法
本专利技术涉及聚酯材料
，具体涉及一种兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚酯材料及其制备方法。
技术介绍
聚酯材料是由多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物总称，是一种经济有效的热固性材料，易于加工并且具有优良的性能，广泛应用于日常生活。但聚酯具有易燃性，限制了其在电子电器、运输以及建筑等重要领域的应用。为了克服这个缺点，人们通过添加阻燃剂来提高其阻燃性能。其中，无卤阻燃体系由于环保优势而被越来越广泛地应用，双基协同阻燃剂是一种新型的无卤阻燃剂，受到了研究者们的广泛关注，在Polymer、PolymerDegradationandStability、JournalofAppliedPolymerScience、化工新型材料、工程塑料应用等诸多期刊上均可见到相关的研究成果发表。文献JournalofAppliedPolymerScience,43241-49,2016及CN104403128A分别公开报道了基于三嗪和磷杂菲以及基于磷腈与磷杂菲基团的双基化合物及它们在环氧树脂中的应用。CN104262399A中还指出，含磷杂菲及磷腈基团的双基化合物阻燃剂可用于环氧树脂树脂、聚酯、聚烯烃阻燃中。CN105968753A报道了一种磷腈/三嗪双基分子及其在聚乳酸中的应用。另外CN106543473A公开报道了一种基于原位掺杂纳米级金属化合物的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂及其制备方法，该阻燃剂可广泛应用于各种聚酯材料的阻燃改性中，然而，添加阻燃剂后会造成材料本身的力学性能下降，为了满足使用要求，研究者们致力于开发兼具良好阻燃性能和优异力学性能的阻燃聚酯材料。
技术实现思路
针对阻燃剂对聚酯材料本身机械性能的影响，本专利技术的目的是提供一种兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚酯材料及其制备方法。该阻燃聚酯材料中的原位掺杂纳米级金属化合物的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂具有断链作用，端基为3个及以上环氧基团的化合物具有扩链作用，使得阻燃聚酯材料在加工过程中可以通过断链扩链的协同作用形成交联结构，该结构的形成提高了材料的力学性能。另外原位掺杂纳米级金属化合物的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂与端基为-OH或-NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂的结构相似，具有良好的相容性，能够发挥良好的协同效应，进一步改善材料的阻燃性能和力学性能。本专利技术提供的一种兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚酯材料，该阻燃聚乳酸复合材料以重量份计，含有聚酯材料70～87份，原位掺杂纳米级金属化合物的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂1～10份、磷系阻燃剂与端基为-OH或-NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂的总量为23～10份，端基为3个及以上环氧基团的化合物1～2份，其中磷系阻燃剂与端基为-OH或-NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂的重量比为1～3：3～1。上述技术方案中，进一步地，所述的原位掺杂纳米级金属化合物的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂，其化学结构式为：进一步地，所述的纳米级金属化合物为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化镧、纳米氧化铈、纳米三氧化钼、纳米氧化镍、纳米硫化镍、纳米磷酸镍、纳米氧化铁、纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁、纳米金属铁酸盐、纳米金属铝酸盐或者纳米金属铝酸盐。进一步地，所述的磷系阻燃剂为磷酸系阻燃化合物，例如，聚磷酸铵、聚磷酸铝、聚磷酸、磷酸酯类、聚磷酸三聚氰胺、三聚氰胺焦磷酸盐或者芳香族缩聚磷酸。进一步地，所述的端基为-OH或-NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂，其化学结构式为：其中R为含二氨基或二羟基的基团，来自含二氨基或二羟基的化合物，结构式中所有R基可相同也可不同。更进一步地，所述的含二氨基的化合物为对苯二胺、己二胺、丁二胺、4，4-二氨基二苯醚、4，4-二氨基二苯砜、4，4-二氨基二苯甲烷、邻联苯甲胺、邻苯二胺、1，2-丙二胺、1，3-丙二胺、2，4-二氨基甲苯、3-二乙胺基丙胺、1，2-环己二胺、4，5-二氯邻苯二胺、2，2-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]丙烷、4，4-二氨基二苯硫醚或4，4-二氨基二苯二硫醚。更进一步地，所述的含二羟基的化合物为对苯二酚、戊二醇、4，4-二羟基二苯醚、4，4-二羟基二苯甲烷、丁二醇、乙二醇、1，3-丁二醇、1，3-戊二醇、1，3-环己二醇、1，4-环己二醇，2-乙基-1，3-己二醇、邻苯二酚、间苯二酚、1，5-二羟基萘、1,3-茶二酚、2，7-二羟基萘、甲基氢醌、4，4-二羟基二苯硫醚或者4，4-二羟基二苯二硫醚。上述的兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚酯材料的制备方法为：以重量份计，先将聚酯材料、原位掺杂纳米级金属化合物的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂、端基为3个及以上环氧基团的化合物按比例预混后在170℃～230℃下熔融共混至少10分钟，得到共混体系，再将磷系阻燃剂与端基为-OH或-NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂的总量按比例预混后加入共混体系，共混至少10分钟，其中磷系阻燃剂和端基为-OH或-NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂的重量比为1～3：3～1，得到兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚酯材料。本专利技术具有以下有益之处：1.阻燃聚酯材料在加工过程中可以通过与原位掺杂纳米级金属化合物的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂以及端基为3个及以上环氧基团的化合物的断链扩链协同作用形成交联结构，提高材料的力学性能。2.原位掺杂纳米级金属化合物的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂与端基为-OH或-NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂的结构相似，具有良好的相容性，能够发挥良好的协同效应，进一步改善材料的阻燃性能和力学性能。附图说明图1为本专利技术实施例所述的端基为-OH或-NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂A1～A3的分子式。具体实施方式下面通过实施例进一步描述本专利技术。实施例1表1各原料配比先将粘均分子量10万以上的高分子量聚乳酸、原位掺杂纳米氢氧化铝的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂、酚醛多环氧化合物(EP-DPA)预混后在170℃下熔融共混10分钟，再将聚磷酸三聚氰胺与端基为-OH或-NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂(A1)预混后加入共混体系，共混10分钟，得到兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚乳酸材料。其中酚醛多环氧化合物(EP-DPA)的结构式如下实施例2表2各原料配方先将聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、原位掺杂纳米氧化铁的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂、多环氧交联剂(GA-240)预混后在180℃下熔融共混10分钟，再将聚磷酸与端基为-OH或-NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂(A2)预混后加入共混体系，共混10分钟，得到兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材料。其中多环氧交联剂(GA-240)的结构式如下实施例3表3各原料配方先将粘均分子量10万以上的高分子量聚乳酸、原位掺杂纳米氢氧化镁的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂、O-POSS预混后在190℃下熔融共混10分钟，再将聚磷酸铝与端基为-OH或-NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂(A3)预混后加入共混体系，共混10分钟，得到兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚乳酸材料。其中O-POSS的结构式如下实施例4表4各原料配方先将聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、原位掺杂纳米氧化镍的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂、多环氧基扩链剂(CE)预混后在230本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚酯材料，其特征在于，该阻燃聚酯材料以重量份计，含有聚酯材料70～87份，原位掺杂纳米级金属化合物的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂1～10份、磷系阻燃剂与端基为‑OH或‑NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂的总量为23～10份，端基为3个及以上环氧基团的化合物1～2份，其中磷系阻燃剂与端基为‑OH或‑NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂的重量比为1～3：3～1。

【技术特征摘要】
1.一种兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚酯材料，其特征在于，该阻燃聚酯材料以重量份计，含有聚酯材料70～87份，原位掺杂纳米级金属化合物的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂1～10份、磷系阻燃剂与端基为-OH或-NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂的总量为23～10份，端基为3个及以上环氧基团的化合物1～2份，其中磷系阻燃剂与端基为-OH或-NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂的重量比为1～3：3～1。2.根据权利要求1所述的兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚酯材料，其特征在于，所述的原位掺杂纳米级金属化合物的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂，其化学结构式为：3.根据权利要求2所述的兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚酯材料，其特征在于，所述的纳米级金属化合物为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化镧、纳米氧化铈、纳米三氧化钼、纳米氧化镍、纳米硫化镍、纳米磷酸镍、纳米氧化铁、纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁、纳米金属铁酸盐、纳米金属铝酸盐或者纳米金属铝酸盐。4.根据权利要求1所述的兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚酯材料，其特征在于，所述的磷系阻燃剂为磷酸系阻燃化合物。5.根据权利要求4所述的兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚酯材料，其特征在于，所述的磷酸系阻燃化合物为聚磷酸铵、聚磷酸铝、聚磷酸、磷酸酯类、聚磷酸三聚氰胺、三聚氰胺焦磷酸盐或者芳香族缩聚磷酸。6.根据权利要求1所述的兼具高阻燃性能和高力学性能的阻燃聚酯材料，其特征在于，所述的端基为-OH或-NH2的磷腈/三嗪双基分子阻燃剂，其化学结构式为：其中R为含二氨基或二羟基的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雅君，徐利锋，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：北京,11