改善PET阻燃抗熔滴及增强机械性能的新途径

聚酯的无卤阻燃与抗熔滴是一对难以调和的矛盾,成为阻燃界至今尚未得到很好解决的难题。

 

该技术所解决的问题是为了提供一种可纺性好,成纤强度高,并具有阻燃、无熔滴、抗疲劳、尺寸稳定性和气体阻隔特性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(以下简称PET)-有机磷杂化α-磷酸锆(以下简称α-ZrP)复合纤维材料.
 

技术方法

1)  将α-ZrP 在室温条件下,超声并机械搅拌,超声搅拌功率为60W,时间为30min;机械搅拌的转速为500r/min,时间为30min 分散于DMF中;分散后α-ZrP的浓度为0.008/ml;

2)  加入小分子正丙胺反应,正丙胺与α-ZrP的摩尔比为1:2.2,加入正丙胺反应的时间为0.9h;
 
3)  在添加硅烷偶联剂3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)继续反应;APTES的滴加量与α-ZrP的质量比为1.0:1;滴加速率为1.2ml/min;继续反应的时间为5h;
 
4)  添加羟甲基苯基次膦酸继续反应;羟甲基苯基次膦酸的添加量与APTES的摩尔质量比为2:1;反应温度为40℃,继续反应时间4h;
 
5)  固相产物经分离、洗涤和烘干即可得到有机磷杂化的α-ZrP,固相产物语溶剂分离采用旋转蒸发仪;洗涤是先在浓度为92%的丙酮与水的混合溶液浸泡28h,后用大量丙酮溶液清洗4次直至产物种无残留的反应原料;烘干为置于真空烘箱中,65℃,真空度0.06MPa条件下烘干28h;
 
6)  有机磷杂化的α-ZrP在260℃条件下烘焙5min,即可得到有机磷杂化的α-ZrP,该有机磷杂化α-ZrP外观为白色粉末,并为层状化合物,该有机磷杂化α-ZrP的层间距1.72nm(2θ=5.12°);该有机磷杂化α-ZrP由α-ZrP、硅烷偶联剂3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)和  羟甲基苯基次膦酸组成,APTES插在α-ZrP层间,羟甲基苯次膦酸与分布在α-ZrP表面和层间的APTES端基形成化学键,APTES 在α-ZrP 上的接枝率为13.82%,有机磷含量为10.05%,有机磷杂化α-ZrP起始分解温度为383℃;有机磷杂化α-ZrP能够均匀地分散在非极性有机溶剂正己烷中;
 
7)  将PET在180℃干燥4h,然后将3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)和羟甲基苯基次膦酸杂化的α-ZrP与PET按照5:95(W/W)的重量比用双螺杆挤出机在285℃的温度下熔融共混、造粒,得到含5% 3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)和羟甲基苯基次膦酸杂化的α-ZrP的PET复合树脂切片;
 
8)  将制得的含5%  3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)和羟甲基苯基次膦酸杂化的α-ZrP的PET复合树脂切片在175℃干燥4h,然后用熔融纺丝机在285℃的温度下纺丝得到PET-有机磷杂化α-ZrP复合纤维材料.
 
 
实验结果
 

经检验,本实施例得到的复合纤维材料中最终α-ZrP含量为5.6%,纤维的纤度为145.8dtex,断裂强度为2.6cN/dtex,断裂伸长率为136.7%,阻燃性能优异LOI>30,无熔滴。

本文旨在传播专业知识,侵删!以上部分摘自(申请号:201510863825.0;申请人东华大学;发明人:孙宾,江晓泽等)
 
材料解析
 

 
磷酸锆(α-ZrP)是一种类似蒙脱土(MMT)结构的阳离子层状化合物,具有显著的优点,如高的离子交换能力。长径比可控、良好的热稳定性和化学稳定性,常被用作无机填料制备聚合物/无机复合材料。
 
α-ZrP复合材料具有添加量少、全面提高聚合物性能、材料密度低、基本保持材料原有加工性能等优点,代表了今后复合材料的发展方向。

α-ZrP可以广泛应用于高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂,提高阻燃、抗冲抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等,从而起到增强聚合物综合物理性能的作用,同时改善物料加工性能。


除此之外,有研究人士采用2wt.-%磷酸锆复配科莱恩18wt.-%的含磷多元醇类反应型无卤阻燃剂Exolit-OP 950解决了PET抗熔滴的需求,提高了PET的拉伸模量。同时阻燃性能可达(UL 94 V-0)。
 

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