CN104558568A - 一种具阻燃的聚酯弹性体材料 - Google Patents

Abstract

一种具阻燃的聚酯弹性体材料，利用共聚合聚酯弹性体反应方式，合成新的聚酯弹性体结构组成，其中包含：乙二醇、对苯二甲酸、磷系阻燃单体及聚四氢夫喃等结构单体组成，利用熔融聚缩合的方式进行聚合反应，达到高聚合度的高分子材料，过程中直接在反应聚合制程中导入阻燃剂结构使其与高分子结构形成键结，使其可赋予材料难燃特性亦可提高物性强度维持率，当中调整最佳反应组成比例及反应制程参数来达到高机械物性及高阻燃性的材料特性。

Description

一种具阻燃的聚酯弹性体材料

技术领域

本发明有关于一种具阻燃的聚酯弹性体材料，尤指新的阻燃聚酯弹性体组成结构，主要是有别于直接添加过量的阻燃剂的方式来达到阻燃效果。

背景技术

聚酯弹性体(Thermoplastic ester elastomer)是一种非常重要的工程塑料，广泛应用在各种工业领域，然而易燃性和熔融滴落限制了一定程度上的应用。

因此，阻燃聚酯弹性体（TPEE）是一个迫切需要解决的问题，并已获得很大的关注。含卤素的化合物被广泛用作阻燃产品，尽管效果佳，但由于燃烧时产生戴奥辛(Dioxin)等环境问题，因此卤素化合物不得不被替换下场，磷化合物是很好的替代品，与传统的卤素系化合物相比，在燃烧过程中释放较少的有毒气体和烟雾。

因应全球化的环境政策，世界各国纷纷针对环保法制定出相关产品法规，如欧盟26国针对高度环境危害物质使用制定了RoHS(Restriction of Hazardous Substances)限用有害物质，如含铅、镉、汞、六价铬以及特殊溴化难燃剂如多溴联苯(PBB)及多溴联苯醚(PBDE)等有害物质于3C产品，为了符合所制定的环保法规，环保3C产品已开发出高水平的相关替代产品，包含机壳材料、PCB板、连接器等，唯独线材包含连接线、电源线、USB细线及讯号传输线材等未能达到成熟的产品水平。

目前市面上难燃TPEE材料制备方法，大多以添加阻燃剂为改质的方式，透过螺杆制程来进行配方设计及改质以达到阻燃特性，包含 Dupont-Hytrel及DSM-Anitel热塑性聚酯弹性体产品，整个材料组成系统是以PBT-Type TPEE为主要材料再加入阻燃配方设计来达到阻燃效益，但在配方设计上仍然有卤素的组成，难符合环保法规的要求，且阻燃配方除了成本高外，需要大量添加阻燃添加剂难维持材料物性强度及无法避免表面浮出等产品缺陷。

一般阻燃聚酯弹性体是透过阻燃配方设计来达成，以美国US8415415专利为例，是利用一般无阻燃性的聚酯弹性体(如图1所示)，加入含磷化合物或含磷寡聚体做为组成配方(如图2所示)，添加量约为10～30wt%，可达到V2阻燃指标，随着其它热安定剂的组成设计可以达到热老化性质测试，这类的制程方法需要添加大量的阻燃添加剂会造成材料物性大幅下降，也可能在热塑加工过程造成阻燃剂裂解及产品表面有添加剂浮出等问题。

故，发明人提出一种反应型难燃剂的共聚合方式，提出一种新的阻燃聚酯弹性体组成结构，主要是有别于直接添加过量的阻燃剂的方式来达到阻燃效果，此方式可以由本质型改质来提高弹性体材料阻燃性，可以改善单纯配方改质所造成材料成本过高、物性强度不佳及小分子浮出等问题，技术中以熔融聚合反应来进行聚合生产制程，以符合放大量产的技术制程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种具阻燃的聚酯弹性体材料，利用共聚合聚酯弹性体反应方式，合成新的聚酯弹性体结构组成，其中包含：乙二醇、对苯二甲酸、磷系阻燃单体及聚四氢夫喃等结构单体组成，利用熔融聚缩合的方式进行聚合反应，达到高聚合度的高分子材料，过程中直接在反应聚合制程中，导入阻燃剂结构使其与高分子结构形成键结，使其可赋予材料难燃特性亦可提高物性强度维持率，当中调整最佳反应组成比例及反应制程参数来达到高机械物性及高阻燃性的材料特性。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种具阻燃的聚酯弹性体材料，其中包含：双醇结构、双酸结构、磷反应单体及多元醇等单体组成，其特点是：其是经过下述反应制成：

酯化预聚合反应：单体包含双酸结构、双醇结构，硬段酯化醇/酸比例控制在1.1～2.0之间，并于220～250℃下进行酯化脱水反应，得到初步预聚酯物，酯化率＞90％；    

高温熔融缩合反应：完成聚酯单体酯化反应后，预聚酯物进入熔融缩合反应，依不同单体设定适当的聚合温度，若硬段组成为PET即单体为TPA与乙二醇时，聚合温度为240～260℃；硬段组成为PBT即单体为TPA与丁二醇时，聚合温度则为230～250℃，硬段含量为70～50wt％、软段多元醇含量占30～50wt％，磷系阻燃单体添加量为5000～20000ppm，撘配抗氧化剂500～5000ppm与聚合触媒50～20000ppm；     

合成嵌段阻燃聚酯共聚物，酯化段取乙二醇及对苯二甲酸摩尔比1.3，分别为210g及432g，于240℃氮气背压3公斤下进行酯化，达理论出水量后将酯化预聚物转移至聚合反应槽中并加入250ppm的触媒TBT、200ppm的sb2O3及2000ppm的抗氧化剂B-561、8000ppm的反应型磷系阻燃单体70g、软段PTMG333g与硬段的重量比例为40/60，聚合反应温度为250℃并抽真空进行聚缩合反应，反应至搅拌功率达到200瓦以上，以氮气破真空后将产物排入水中冷却切粒再干燥封存。

附图说明

图1是已知无阻燃性聚酯弹性体化学式示意图。 

图2是已知阻燃的组成配方示意图。

图3是本发明的化学式。

具体实施方式

本发明是利用反应性含磷化合物以反应共具的方式，制备具有阻燃效果的聚酯弹性体材料，制成手法以熔融聚合为材料开发技术，聚酯原料及聚酯酯化反应；

本发明的化学式如下：  

        X= 45-65wt%；y=30～50wt%；z=0～5wt%；m(Mw)=200～3000     

而本发明的一种具阻燃的聚酯弹性体材料，其单体反应组成请参阅图3所示的上述化学式，其是利用共聚合聚酯弹性体反应方式，合成新的聚酯弹性体结构组成，其中包含：乙二醇、对苯二甲酸、磷系阻燃单体及聚四氢夫喃等结构单体组成，其中聚酯原料及共聚酯酯化反应说明如下：

酯化预聚合反应：

单体包含二元酸(如间苯二甲酸Isophthalic acid, IPA与对苯二甲酸Terephthalic acid, TPA)、二元醇(如乙二醇及丁二醇)，硬段酯化醇/酸比控制在1.1～2.0之间，并于220-250℃下进行酯化脱水反应，得到初步预聚酯物pre-polymer(酯化率>90%)。

高温熔融聚缩合反应：完成聚酯单体酯化反应后，预聚酯物进入熔融聚缩合反应，依不同单体设定适当的聚合温度，若硬段组成为PET(单体为TPA与乙二醇)时聚合温度约240-260℃；硬段组成为PBT(单体为TPA与丁二醇)时聚合温度则为230-250℃，硬段含量约70～50wt%、软段多元醇(PTMG)含量约占30～50wt%，磷系阻燃单体添加量为5000～20000ppm，搭配抗氧化剂500～5000ppm与聚合触媒50～2000ppm。

利用真空装置逐步将反应环境进入到高真空环境下，有利于聚缩合反应进行，达到理想聚合度或黏度后，氮气破除真空避免高温氧化，将产物排入水中冷却，将产物干燥收集封存。

合成嵌段阻燃聚酯共聚物(Block ester copolymer)，酯化段取乙二醇(EG)及对苯二甲酸(TPA)摩尔比1.3，分别约210g(3.38mole)及432g(2.60mole)，于240℃氮气背压3公斤下进行酯化，达理论出水量后将酯化预聚物转移至聚合反应槽中并加入触媒TBT(250ppm)、Sb2O3(200ppm)及抗氧化剂B-561(2000ppm)、反应型磷系阻燃单体约70g(8000ppm)、软段PTMG约333g与硬段的比例为40/60(wt%)，聚合反应温度为250℃并抽真空进行聚缩合反应，反应至搅拌功率(Torque)达到200瓦以上，以氮气破真空后将产物排入水中冷却切粒再干燥封存。

而所制成的阻燃聚酯共聚物，其黏度（IV）：0.85 dl/g、抗张力强度：240kg/cm2、延伸率=630%、邵氏硬度（Shore-D）=46D、限氧指数(L.O.I, Limiting Oxygen Index)=26、可燃性标准达到V1等级，在垂直摆放的样本上30秒内停止燃烧，允许滴下不燃烧的颗粒。

藉此，本发明利用本质型改质来提高弹性体材料阻燃性，有别于已知阻燃剂以添加方式产生过量及可以改善单纯配方改质所造成材料成本过高、物性强度不佳及小分子浮出等问题。

Claims (3)

1.一种具阻燃的聚酯弹性体材料，其中包含：双醇结构、双酸结构、磷反应单体及多元醇等单体组成，其特征在于：其是经过下述反应制成：

酯化预聚合反应：单体包含双酸结构、双醇结构，硬段酯化醇/酸比例控制在1.1～2.0之间，并于220～250℃下进行酯化脱水反应，得到初步预聚酯物，酯化率＞90％；   

 高温熔融缩合反应：完成聚酯单体酯化反应后，预聚酯物进入熔融缩合反应，依不同单体设定适当的聚合温度，若硬段组成为PET即单体为TPA与乙二醇时，聚合温度为240～260℃；硬段组成为PBT即单体为TPA与丁二醇时，聚合温度则为230～250℃，硬段含量为70～50wt％、软段多元醇含量占30～50wt％，磷系阻燃单体添加量为5000～20000ppm，撘配抗氧化剂500～5000ppm与聚合触媒50～20000ppm；     

嵌段阻燃聚酯共聚物，酯化段取乙二醇及对苯二甲酸摩尔比1.3，分别为210g及432g，于240℃氮气背压3公斤下进行酯化，达理论出水量后将酯化预聚物转移至聚合反应槽中并加入250ppm的触媒TBT、200ppm的sb2O3及2000ppm的抗氧化剂B-561、8000ppm的反应型磷系阻燃单体70g、软段PTMG333g与硬段的重量比例为40/60，聚合反应温度为250℃并抽真空进行聚缩合反应，反应至搅拌功率达到200瓦以上，以氮气破真空后将产物排入水中冷却切粒再干燥封存。

2.如权利要求1所述的一种具阻燃的聚酯弹性体材料，其特征在于，所述酯化预聚合反应的双酸结构、双醇结构分别为：间苯二甲酸与对苯二甲酸及乙二醇与丁二醇所实施。

3.如权利要求1所述的一种具阻燃的聚酯弹性体材料，其特征在于，所述阻燃的聚酯弹性体材料合成，作为阻燃纤维、织物用品、电子密封胶、电气外壳包装、电线电缆、防火管件及网络光纤用品所实施。