CN106554605A - 一种磷溴协效高膨胀阻燃pet材料及其制备方法 - Google Patents

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郭永萍
王标兵
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Abstract

本发明公开了一种磷溴协效高膨胀阻燃PET材料及其制备方法，属于阻燃技术领域。按重量百分数计，该阻燃复合材料的配比为：PET 80~90%、二乙基次膦酸铝5~10%，聚丙烯酸五溴苄酯5~10%。本发明制备的阻燃PET材料具有优良的阻燃性能和抗熔滴性能；烧结后形成多孔炭层，阻燃材料高倍膨胀；同时大幅减少卤素用量，降低卤素对环境可能产生的负面影响。

Description

一种磷溴协效高膨胀阻燃PET材料及其制备方法
技术领域
本发明属于阻燃技术领域，尤其涉及一种新型磷溴阻燃PET材料及其制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是目前最重要的热塑性工程材料之一，其拥有诸多优异性能，例如优良的耐磨、耐热、耐腐蚀性、尺寸稳定性和电绝缘性等。它被广泛地应用于生产纤维、薄膜和瓶装容器等；近年来，PET在汽车、家用电器、机械等领域的需求比例也在不断上升。纯PET在空气中极易燃烧，其极限氧指数仅为21%，因此提高PET的阻燃性能变得非常重要。众所周知，在火灾发生时，熔滴会造成火焰的蔓延，带来二次伤害。纯PET树脂在燃烧过程中有非常明显的熔滴现象，这更为火灾安全埋下了隐患。
目前PET阻燃材料主要有三种：一种是反应型(结构型)阻燃PET，另一种是添加型阻燃PET，还有一种是成品后处理。其中反应型阻燃PET中的阻燃剂作为阻燃树脂的一个组分参与高聚物的合成反应，并成为高聚物分子链上的一个链节，显示出高阻燃性且无析出现象，但其工艺过程相对复杂，使得生产成本上升。成品后处理是指用阻燃剂对其表面进行后处理，这种方法的优点是操作方便快捷，缺点就是时间一长，表面阻燃剂发生脱落，阻燃性能下降严重。添加型阻燃PET是在PET加工过程中添加阻燃剂，所用的阻燃剂与PET基本不发生化学反应，主要以物理方式分散于PET中而赋予PET阻燃性，加工便捷，采用面广。
目前市场上最常见的PET所用阻燃剂大多为小分子溴系阻燃剂和无机磷系阻燃剂，往往添加量要达到20%以上才具有良好的阻燃性，这对力学性能的影响显著。阻燃剂多数为粉末和液体，使得添加过程困难并对加工人员健康不利。
发明内容
本发明目的在于提供一种新型阻燃PET材料及其制备方法，该阻燃PET具有很高的氧指数，良好的成炭性和抗滴落性，同时还保持了优异的力学性能。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种磷溴阻燃PET材料，其组成按重量百分比计为：
PET 80～90%、
复配阻燃剂10～20%，
其中所述的复配阻燃剂由二乙基次磷酸铝和聚丙烯酸五溴苄酯复配而成，其中二乙基次膦酸铝和聚丙烯酸五溴苄酯的重量百分比为1:1～2:1。其中聚丙烯酸五溴苄酯的热分解温度大于300℃，二乙基次膦酸铝的分解温度大于400℃。
上述所述的一种阻燃PET材料的制备方法，其特征在于按照下述步骤进行：
(1)干燥：将原料PET在真空烘箱120℃下干燥24～48小时；二乙基次磷酸铝和聚丙烯酸五溴苄酯在真空烘箱120℃下干燥4～8小时；
(2)原料混合：将聚对苯二甲酸乙二醇酯、二乙基次膦酸铝和聚丙烯酸五溴苄酯以质量百分比例称量，原料在高速混合机中室温下混合3～5分钟，使各组分分散均匀；
(3)将步骤(2)得到的混合料加入双螺杆挤出机的喂料口，加工温度控制在230℃～265℃，通过双螺挤出机的挤出物料经冷却、风干、切粒、干燥后即得新型阻燃PET材料。
(4)将步骤(3)得到的混合料在平板硫化机上先预热5分钟，上热板、中热板、下热板的温度分别为：270℃、270℃、270℃，然后排10～15次气泡；在10MPa下热压1min，接着10MPa下冷压1min制得片状阻燃PET材料。
本发明采用阻燃效率高的二乙基次膦酸铝协同聚丙烯酸五溴卞酯来提高材料的阻燃性能和抗熔滴性能，并且力学性能保持优良，可在汽车、电子、家电及机械行业广泛应用。
附图说明
图1为纯PET、实施例1和实施例2中粒料、烧结后照片以及燃烧残炭表面的SEM图。与纯PET相比，实施例1和实施例2阻燃PET烧结后的残余物高倍膨胀，表面SEM图表明阻燃PET材料表面形成致密炭层。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，原料配方如下：
PET树脂 900g
二乙基次膦酸铝 50g
聚丙烯酸五溴苄酯 50g
按照下述步骤制备而成：
(1)将原料PET在真空烘箱120℃下干燥24小时；二乙基次磷酸铝和聚丙烯酸五溴苄酯在真空烘箱120℃下干燥6小时；
(2)原料混合：将聚对苯二甲酸乙二醇酯、二乙基次磷酸铝和聚丙烯酸五溴苄酯按上述称量克数在高速混合机中室温下混合3～5分钟，使各组分分散均匀；
(3)将步骤(2)得到的混合料加入双螺杆挤出机的喂料口，双螺杆挤出机一区到九区的温度分别设定为232/237/247/257/262/262/257/257/252℃，机头的温度为247℃，转速为100r/min，通过双螺挤出机的挤出物料经冷却、风干、切粒、干燥后即得新型阻燃PET材料。
(4)将步骤(3)得到的混合料在平板硫化机上先预热5分钟，上热板、中热板、下热板的温度分别为：270℃、270℃、270℃，然后排10～15次气泡；在10MPa下热压1min，接着10MPa下冷压1min制得片状阻燃PET材料。
实施例2，原料配方如下：
PET树脂 850g
二乙基次膦酸铝 100g
聚丙烯酸五溴苄酯 50g
按照下述步骤制备而成：
(1)将原料PET在真空烘箱120℃下干燥24小时；二乙基次磷酸铝和聚丙烯酸五溴苄酯在真空烘箱120℃下干燥6小时；
(2)原料混合：将聚对苯二甲酸乙二醇酯、二乙基次磷酸铝和聚丙烯酸五溴苄酯按上述称量克数在高速混合机中室温下混合3～5分钟，使各组分分散均匀；
(3)将步骤(2)得到的混合料加入双螺杆挤出机的喂料口，双螺杆挤出机一区到九区的温度分别设定为232/237/247/257/262/262/257/257/252℃，机头的温度为247℃，转速为100r/min，通过双螺挤出机的挤出物料经冷却、风干、切粒、干燥后即得新型阻燃PET材料。
(4)将步骤(3)得到的混合料在平板硫化机上先预热5分钟，上热板、中热板、下热板的温度分别为：270℃、270℃、270℃，然后排10～15次气泡；在10MPa下热压1min，接着10MPa下冷压1min制得片状阻燃PET材料。
实施例3，原料配方如下：
PET树脂 800g
二乙基次膦酸铝 100g
聚丙烯酸五溴苄酯 100g
按照下述步骤制备而成：
(1)将原料PET在真空烘箱120℃下干燥24小时；二乙基次磷酸铝和聚丙烯酸五溴苄酯在真空烘箱120℃下干燥6小时；
(2)原料混合：将聚对苯二甲酸乙二醇酯、二乙基次磷酸铝和聚丙烯酸五溴苄酯按上述称量克数在高速混合机中室温下混合3～5分钟，使各组分分散均匀；
(3)将步骤(2)得到的混合料加入双螺杆挤出机的喂料口，双螺杆挤出机一区到九区的温度分别设定为232/237/247/257/262/262/257/257/252℃，机头的温度为247℃，转速为100r/min，通过双螺挤出机的挤出物料经冷却、风干、切粒、干燥后即得新型阻燃PET材料。
(4)将步骤(3)得到的混合料在平板硫化机上先预热5分钟，上热板、中热板、下热板的温度分别为：270℃、270℃、270℃，然后排10～15次气泡；在10MPa下热压1min，接着10MPa下冷压1min制得片状阻燃PET材料。
将纯PET和实施例1～3得到的片状阻燃PET材料裁剪打磨成标准试样，测试性能如表1，粒料的实物图、马弗炉烧结后照片以及残炭表面SEM照片如图1所示。从表1可以看出：本发明制得的阻燃PET材料的氧指数有大幅的提高，UL-94等级达到V-0级别。力学性能各参数下降均在合理范围内，能较好地保持力学性能。而从图1可以看出烧结后的PET材料高度膨胀，阻燃PET残炭的SEM照片显示炭层结构致密，能很好的隔绝空气从而达到阻燃效果。综上制得的阻燃PET材料具有良好的阻燃效果，可以应用于电子电器、交通运输和通讯器材等行业。
表1 纯PET和实施例中阻燃PET材料的力学性能参数和阻燃性能参数
测试项目 测试方法 纯PET 实施例1 实施例2 实施例3
拉伸强度/MPa GB/T1040-2006 59.6 51.9 41.1 45.2
弯曲强度/MPa GB/T9341-2000 72.4 69.2 65.3 60.7
弯曲模量/MPa GB/T9341-2000 2570.5 2410.9 2230.3 2012.1
阻燃等级 GB/T2408-1996 NR V-0 V-0 V-0
极限氧指数/% GB/T2406-1993 21.0 28.0 33.3 35.6
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所做作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围。

Claims (3)

1.一种磷溴协效高膨胀阻燃PET材料，其特征在于，其组分按重量百分数配比为：PET80 ~ 90%、复配阻燃剂10 ~ 20 %。
2.根据权利要求1所述的一种磷溴协效高膨胀阻燃PET材料，其特征在于其中所述的复配阻燃剂由二乙基次磷酸铝和聚丙烯酸五溴苄酯以质量比1：1 ~ 2：1复配，高速混合均匀制得，其中聚丙烯酸五溴苄酯的热分解温度大于300℃，二乙基次膦酸铝的分解温度大于400℃。
3.权利要求1或2所述的一种磷溴协效高膨胀阻燃PET材料的制备方法，其特征在于按照下述步骤进行：
(1) 干燥：将原料PET在真空烘箱120℃下干燥24 ~ 48小时；二乙基次膦酸铝和聚丙烯酸五溴苄酯在真空烘箱120℃下干燥4 ~ 8小时；
(2) 原料混合：将PET、二乙基次磷酸铝和聚丙烯酸五溴苄酯以重量百分比例称量；在高速混合机中室温下混合3 ~ 5分钟，使各组分分散均匀；
(3) 将步骤(2)得到的混合料加入双螺杆挤出机的喂料口，加工温度控制在230℃～265℃，通过双螺挤出机的挤出物料经冷却、风干、切粒、干燥后即得新型阻燃PET材料；
(4) 将步骤(3)得到的混合料在平板硫化机上先预热5分钟，上热板、中热板、下热板的温度分别为：270℃、270℃、270℃，然后排 10 ~ 15 次气泡；在10MPa下热压1 min，接着10MPa下冷压1 min制得片状阻燃PET材料。
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