CN108395526B - 基于苯并咪唑结构的阻燃抗熔滴共聚酯及其制备方法 - Google Patents

基于苯并咪唑结构的阻燃抗熔滴共聚酯及其制备方法 Download PDF

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    • C08G63/6854—Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen containing nitrogen derived from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
    • C08G63/6856—Dicarboxylic acids and dihydroxy compounds

Abstract

本发明公开了基于苯并咪唑结构的阻燃抗熔滴共聚酯及其制备方法，该共聚酯是由I、II、III或I、II、IV表示的结构单元组成，其特性黏数[η]为0.48～1.36dL/g，极限氧指数为25.0～42.0％；玻璃化转变温度较纯PET提高了7～62℃；垂直燃烧等级为V‑2～V‑0级；锥形量热测试中峰值热释放速率p‑HRR比纯PET降低42.8～82.5％；烟释放总量比纯PET降低15.8～69.0％。本发明引入的苯并咪唑结构不仅能够在燃烧时快速大量成炭，产生优异的阻燃、抗熔滴、抑烟效果，且可以保持聚酯原有的加工窗口，实现多次重复加工，同时还可以大幅度提高共聚酯的玻璃化转变温度；本发明的制备方法有着成熟的工艺、简单方便的操作，非常易于工业化生产。

Description

基于苯并咪唑结构的阻燃抗熔滴共聚酯及其制备方法
技术领域
本发明属于阻燃抗熔滴共聚酯及其制备技术领域，具体地说，本发明涉及到含苯并咪唑结构的高玻璃化转变温度、高成炭性、阻燃、抗熔滴共聚酯及其制备方法。
背景技术
半芳香族聚酯，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等，因其具有良好的耐热性、尺寸稳定性、耐化学腐蚀性以及可循环利用等优点而被广泛用作包装材料、合成纤维、薄膜和工程塑料等领域。然而，聚酯本身的玻璃化转变温度不高(如PET的玻璃化温度只有76℃)，并且具有严重的易燃和易熔融滴落的缺点，这些缺点都极大地限制了其在一些领域的应用前景。
通常，聚酯的阻燃研究以使用磷系阻燃剂为主。磷系阻燃剂在聚酯中能够发挥较高的阻燃效率，即在较低的添加量下就能赋予聚酯优异的阻燃性能。但是这类阻燃剂在燃烧时会释放大量的有毒烟气，而相对于火焰本身，烟气是造成火灾中人员伤亡的主要原因。同时含磷阻燃剂主要依靠促进聚酯熔滴，使着火部分离开火源，以带走燃烧表面的热量达到自熄，即是通过“促熔滴”的阻燃机理来实现阻燃的。但是聚酯在燃烧过程中的严重熔滴不仅会极易引发“二次火灾”造成不必要的财产损失，而且极易对火灾现场的人员造成二次伤害。因此，如何解决聚酯阻燃和抗熔滴的矛盾是目前阻燃聚酯领域亟待解决的难题。
目前，关于聚酯阻燃抗熔滴的制备方法主要有，通过共混添加不熔或者难熔的抗熔滴添加剂(如聚四氟乙烯、磺酸盐等)，或者添加无机填充物(如玻纤、二氧化硅等)。虽然这类物质和传统阻燃剂共同使用时可以获得还不错的抗熔滴效果，但是其添加量大，使所得聚酯不能用来熔融纺丝以及加工成膜，严重限制了聚酯的应用范围。为了解决阻燃和抗熔滴这一对矛盾，本发明人课题组曾设计合成过几种反应型阻燃单体(J.Mater.Chem.,2012,22,19849–19857；CHEM.ENG.J.,2018,336,622–632等)，并利用这些反应型阻燃单体在一定条件下可以发生化学或者物理交联的机理，提高了聚酯的熔体粘度，从而解决阻燃与抗熔滴之间的矛盾问题。但是其中化学交联的方式在一定程度上会缩短了聚酯的加工窗口，而离子团聚的物理交联的方式提高熔体粘度的效果有限，且上述单体的成本都较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种新的基于苯并咪唑结构的高玻璃化转变温度、高成炭性阻燃抗熔滴共聚酯。
本发明的另一目的是提供一种上述基于苯并咪唑结构的高玻璃化转变温度、高成炭性阻燃抗熔滴共聚酯的制备方法。
本发明提供的基于苯并咪唑结构的高玻璃化转变温度、高成炭性阻燃抗熔滴共聚酯，该共聚酯是由I、II、III或I、II、IV表示的结构单元组成：
Figure BDA0001575833480000021
式中，R1为亚芳基，
Figure BDA0001575833480000022
式中，R2为C2～C8的亚烷基，
Figure BDA0001575833480000023
式中，R3、R4为羧基或者酯基，可相同或不相同，R5为H原子、羟基、甲基或甲氧基中的任一种，R6为O原子、S原子、仲氨基、亚甲基或异丙基中的任一种，n＝0～8，
Figure BDA0001575833480000031
式中，R3、R4为C2～C8的亚烷基，可相同或不相同，R5为H原子、羟基、甲基或甲氧基中的任一种，R6为O原子、S原子、仲氨基、亚甲基或异丙基中的任一种。
其中，III的结构单元数为I的结构单元的2～40％，II的结构单元数：[I+III]的结构单元数＝1；IV的结构单元数为I的结构单元的2～40％，I：[II+IV]的结构单元数＝1，各结构单元或形成的链段是按羧基和羟基官能团任意连接组合，该共聚酯的特性黏数[η]为0.48～1.36dL/g，极限氧指数为25.0～42.0％；玻璃化转变温度较纯PET提高了7～62℃；垂直燃烧等级为V-2～V-0级；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR比纯PET降低42.8～82.5％；烟释放总量比纯PET降低15.8～69.0％。
上述共聚酯中优选III的结构单元数为I的结构单元的5～30％，II的结构单元数：[I+III]的结构单元数＝1；IV的结构单元数为I的结构单元的5～30％，I：[II+IV]的结构单元数＝1，该共聚酯的特性黏数[η]为0.58～1.29dL/g，极限氧指数为26.0～40.0％；玻璃化转变温度较纯PET提高了9～53℃；垂直燃烧等级为V-2～V-0级；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR比纯PET降低49.3～81.5％；烟释放总量比纯PET降低21.2～66.3％。
上述共聚酯中优选III的结构单元数为I的结构单元的10～30％，II的结构单元数：[I+III]的结构单元数＝1；IV的结构单元数为I的结构单元的10～30％，I：[II+IV]的结构单元数＝1，该共聚酯的特性黏数[η]为0.58～1.26dL/g，极限氧指数为28.0～40.0％；玻璃化转变温度较纯PET提高了9～53℃；垂直燃烧等级为V-2～V-0级；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR比纯PET降低58.8～81.5％；烟释放总量比纯PET降低30.4～66.3％。
本发明提供的上述基于苯并咪唑结构的高玻璃化转变温度、高成炭性阻燃抗熔滴共聚酯的制备方法，该方法是将二元酸或者其酯化物和C2～C8多元醇的共聚酯单体、催化剂按照常规的配比，采用常规的直接酯化法或者酯交换法进行酯化之后，经过缩聚反应制备而成，其特征在于酯化反应前或酯化反应后缩聚前，在反应体系中加入了按聚酯单体中二元酸或者其酯化物的摩尔计为2～40％的含苯并咪唑结构单元的阻燃单体，优选5～30％，更优选10～30％。
以上方法所用的含苯并咪唑结构单元的阻燃单体为以下结构通式中的任一种，优选C、E或F中的任一种：
Figure BDA0001575833480000041
或者
Figure BDA0001575833480000051
式中，X为羧基或酯基基团，Y为C2～C8的伯醇基团，Z1为H原子、羟基、甲基或甲氧基中的任一种，Z2为H原子、甲基或甲氧基中的任一种，W1、W2为O原子、S原子、仲氨基、亚甲基或异丙基中的任一种，n为0～8的整数。
以上方法所用的含苯并咪唑结构单元阻燃单体中酯基基团为一元醇酯化后的甲酯基团或乙酯基团，或为多元醇酯化后的乙二醇酯基团、丙二醇酯基团、丁二醇酯基团、新戊二醇酯基团、丙三醇酯基团或季戊四醇酯基团中的任一种。
本发明所采用的常规直接酯化法或酯交换法的工艺步骤和条件具体如下：
直接酯化法：在反应釜中按配比加入聚酯单体、催化剂和苯并咪唑结构单体，加压升温至220-260℃进行酯化反应2-6小时；酯化结束后，低真空下于260-270℃缩聚反应0.5-1.5小时，然后升温至270℃，高真空(压力＜60Pa)下缩聚反应1～3小时后，用氮气压出熔体，水冷，得到目标共聚酯。其中，苯并咪唑结构单体可选择在酯化前或酯化后缩聚前加入到反应釜中。
酯交换法：在反应釜中按配比加入聚酯单体、催化剂和苯并咪唑结构单体，常压于190-210℃，进行酯交换反应3-5小时；酯交换结束后，酯化结束后，低真空下于260-270℃缩聚反应0.5-1.5小时，然后升温至270℃，高真空(压力＜60Pa)下缩聚反应1～3小时后，用氮气压出熔体，水冷，得到目标共聚酯。其中，苯并咪唑结构单体可选择在酯交换前或酯交换后缩聚前加入到反应釜中。
以上方法中所选用的催化剂为磷酸、醋酸锌、醋酸锰、醋酸钴、三氧化二锑、乙二醇锑和钛酸酯中的至少一种。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、由于本发明提供的共聚酯结构单元中引入了苯并咪唑结构，该结构可以在共聚酯的分子链中形成强的分子链间氢键，产生稳定的物理交联作用，因而一方面不会对聚酯的分子量产生较大影响，另一方面却可以增大共聚酯分子间作用力，使得共聚酯在燃烧时始终维持一定的熔体粘度，从而可起到优异的抗熔滴效果。
2、由于本发明提供的共聚酯结构单元中含有的苯并杂环结构，其本身就具有对聚酯的高效固相阻燃作用，因而可以在燃烧时快速大量成炭，促进共聚酯在高温下形成稳定的炭层，能够隔热隔氧，产生优异的阻燃、抗熔滴、抑烟效果。
3、由于本发明提供的共聚酯结构单元中含有的苯并咪唑结构在聚酯的合成和加工温度范围内(220-300℃)是稳定的，不会发生分解、化学交联等变化，因而既不影响聚酯的常规合成与加工，可以保持聚酯原有的加工窗口(220-300℃)，加之分子链中存在的氢键物理交联，使所得到的共聚酯可实现多次重复加工。
4、由于本发明提供的共聚酯中存在较强的分子间氢键作用，形成了稳定的物理交联网络，加之苯并咪唑结构的刚性结构较大，因而可以大幅度提高共聚酯的玻璃化转变温度，进一步拓展其在对耐热性有高要求的应用领域。
5、由于本发明提供的共聚酯中未添加影响纤维和薄膜制备的添加物，因而不仅可以作为纤维、薄膜用的阻燃抗熔滴共聚酯，还可以作为不相容聚合物共混体系的大分子增容剂，与共混体系中的聚合物产生氢键作用，使之在改善材料力学性能的同时赋予材料的阻燃和抗熔滴改性的目的。
6、由于本发明提供的含苯并咪唑结构的共聚酯中不含传统的卤素或者磷等阻燃元素，不存在卤族元素和磷元素的毒性问题和环境问题，也不存在含磷聚酯的严重熔滴和烟释放等问题，因而是一种环境友好的绿色高分子材料。
7、由于本发明提供的制备方法跟常规合成共聚酯的方法基本一致的，因而有着成熟的工艺、简单方便的操作，使得该共聚酯非常易于工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例6制备的阻燃抗熔滴共聚酯的核磁氢谱图。从图中可以看出苯并咪唑结基团经过共聚确实已成功引入到聚酯分子链中。
图2为本发明对比例和实施例6所制备的共聚酯的红外光谱谱图。从图中可以看出，共聚酯在3310cm-1处出现了仲胺基缔合的峰，共聚酯中酯基的羰基峰发生了红移，由纯PET的1723.6cm-1移动到共聚酯的1720.9cm-1，说明共聚酯中确实形成了氢键网络。
图3为本发明对比例制备的纯PET与本发明实施例6制备的阻燃抗熔滴共聚酯PET-PBM15的动态流变图(复数黏度是影响共聚酯阻燃抗熔滴的直接原因，一般来说，复数黏度越大，熔体黏度越高，抗熔滴效果越好)。从图中可以看出，纯PET随温度的升高，复数黏度急剧下降，而共聚酯的复数黏度则随温度升高而保持基本不变，进一步说明共聚酯中存在着强的氢键网络。
图4为本发明对比例制备的纯PET与本发明实施例6制备的阻燃抗熔滴共聚酯的极限氧指数测试后的成炭效果照片。从照片对比可以看出，本发明所获得的共聚酯阻燃成炭效果明显，具有非常好的抗熔滴性能。
图5为本发明对比例制备的纯PET与本发明实施例2、3、4、5制备的阻燃抗熔滴共聚酯PET-PBM5、PET-PBM10、PET-PBM15、PET-PBM20的热释放曲线图。从图中显示的结果可以看到，随着单体含量的增加，共聚酯呈现出了不一样的燃烧行为，其形成的炭层越来越明显，峰值热释放速率p-HRR也逐渐下降到纯PET的40％～75％，表现出了极其优异的阻燃性能；
图6为本发明对比例制备的纯PET与本发明实施例2、3、4、5制备的阻燃抗熔滴共聚酯PET-PBM5、PET-PBM10、PET-PBM15、PET-PBM20的烟气生成曲线。从图中显示的结果可以看到，随着阻燃单体引入量的增加，共聚酯的总烟气生成量TSP值明显降低，最多可以降低60％左右，这说明，阻燃单体的引入很好地抑制了共聚酯的烟气产生。
图7为本发明所提供共聚酯中氢键网络交联示意图。从图中可以看到，苯并咪唑结构中的仲氨基可以与酯基、碳氮双键形成氢键。
具体实施方式
下面给出实施例，以对本发明作进一步说明。有必要在此指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，如果该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明保护范围。
另外，值得说明的是以下实施例所得的基于苯并咪唑结构的高玻璃化转变温度、高成炭性阻燃抗熔滴共聚酯和对比例聚酯的特性黏数[η]均是以苯酚/1,1,2,2-四氯乙烷(1:1，v:v)为溶剂，配制成浓度为0.5g/dL的溶液，用乌氏粘度计在25℃测试的；极限氧指数均是将其制成120×6.5×3.2mm3的标准氧指数样条，按照ASTM D2863-97标准，在HC-2型氧指数仪上测定的；垂直燃烧测试是将其制成125×12.7×3.2mm3的标准样条，按照UL-94标准，采用CZF-2型垂直燃烧仪测定的；锥形量热测试是将其制成100×100×3mm3的标准样条，按照ISO 5660-1标准，在FTT锥形量热仪上进行测定的。
实施例1
将415g对苯二甲酸、220mL乙二醇、14.1g 2-(4-羧基苯基)-1H-苯并咪唑-5-羧酸和0.212g钛酸四丁酯加入到反应釜中，充氮气排除釜体内的空气，加压到0.1MPa；在2h内升温至240℃开始酯化反应，控制釜内压力为0.3～0.4MPa，维持2h后，压力开始降低，1.5h后温度逐渐升至260℃，压力将至常压，酯化反应结束；其后，在260-270℃低真空缩聚反应0.5h，然后升温至270℃高真空(压力＜60Pa)缩聚反应1～3h后，出料，水冷即可。
该共聚酯的特性黏数[η]为1.36dL/g；玻璃化转变温度为83℃，极限氧指数为25.0％，垂直燃烧等级为V-2级，熔融滴落现象严重，两次点火都有有焰熔滴产生，点燃脱脂棉，且样条一直燃烧至上夹具；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为601kW/m2，总烟气生成量为15.5m2。
实施例2
将415g对苯二甲酸、220mL乙二醇、35.25g 2-(4-羧基苯基)-1H-苯并咪唑-5-羧酸和0.212g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例1中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为1.29dL/g；玻璃化转变温度为92℃，极限氧指数为28.0％，垂直燃烧等级为V-2级，熔融滴落现象明显改善，两次点火都有有焰熔滴产生并点燃脱脂棉，测试过程中只有几滴熔滴，样条能够自熄；但是锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为465kW/m2，总烟气生成量为14.5m2。
实施例3
将415g对苯二甲酸、235mL乙二醇、70.5g 2-(4-羧基苯基)-1H-苯并咪唑-5-羧酸和0.212g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例1中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为1.26dL/g；玻璃化转变温度为96℃，极限氧指数为31.0％，垂直燃烧等级为V-2级，熔融滴落现象明显改善，第一次点火没有熔滴产生，第二次点火仅有一滴有焰熔滴产生，点燃脱脂棉；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为355kW/m2，总烟气生成量为11.2m2。
实施例4
将415g对苯二甲酸、240mL乙二醇、105.7g 2-(4-羧基苯基)-1H-苯并咪唑-5-羧酸和0.212g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例1中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.88dL/g；玻璃化转变温度为104℃，极限氧指数为34.0％，垂直燃烧等级为V-0级，熔融滴落现象明显改善，两次点火都没有熔滴产生，且样条能够快速自熄；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为284kW/m2，总烟气生成量为9.2m2。
实施例5
将415g对苯二甲酸、245mL乙二醇、141g 2-(4-羧基苯基)-1H-苯并咪唑-5-羧酸和0.212g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例1中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.65dL/g；玻璃化转变温度为110℃，极限氧指数为38.0％，垂直燃烧等级为V-0级，两次点火都没有熔滴产生，且样条能够离火自熄；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为220kW/m2，总烟气生成量为7.0m2。
实施例6
将415g对苯二甲酸、251mL乙二醇、211.5g 2-(4-羧基苯基)-1H-苯并咪唑-5-羧酸和0.212g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例1中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.58dL/g；玻璃化转变温度为129℃，极限氧指数为40.0％，垂直燃烧等级为V-0级，两次点火都没有熔滴产生，且样条能够离火自熄；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为194kW/m2，总烟气生成量为6.2m2。
实施例7
将415g对苯二甲酸、262mL乙二醇、282g 2-(4-羧基苯基)-1H-苯并咪唑-5-羧酸和0.212g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例1中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.48dL/g；玻璃化转变温度为138℃，极限氧指数为42.0％，垂直燃烧等级为V-0级，两次点火都没有熔滴产生，且样条能够离火自熄；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为184kW/m2，总烟气生成量为5.7m2。
实施例8
将415g对苯二甲酸、287mL 1,3-丙二醇、141g 2-(4-羧基苯基)-1H-苯并咪唑-5-羧酸和0.212g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例1中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.71dL/g；玻璃化转变温度为90℃，极限氧指数为34.0％，垂直燃烧等级为V-0级，锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为248kW/m2，总烟生成量为9.0m2。
实施例9
将415g对苯二甲酸、310mL 1,4-丁二醇、141g 2-(4-羧基苯基)-1H-苯并咪唑-5-羧酸和0.212g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例1中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.69dL/g；玻璃化转变温度为85℃，极限氧指数为32.0％，垂直燃烧等级为V-0级，两次点火都没有熔滴产生，且样条能够离火自熄；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为278kW/m2，总烟气生成量为9.3m2。
实施例10
将485g对苯二甲酸二甲酯、280mL乙二醇、38.75g 2-(3，5-二甲氧基羰基苯基)-1H-苯并咪唑、0.6g醋酸锌和0.251g钛酸四丁酯加入到反应釜中，充氮气排除釜体内的空气，常压于190～210℃进行酯交换反应2-4h，酯交换结束后，快速升温至240℃后，开始抽真空，在240～267℃低真空缩聚反应1h，然后升温至270℃高真空(压力＜60Pa)缩聚反应1-3h后，出料，水冷即可。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.68dL/g；玻璃化转变温度为89℃，极限氧指数为28.0％，垂直燃烧等级为V-2级，熔融滴落现象明显改善，两次点火都有有焰熔滴产生并点燃脱脂棉，测试过程中只有几滴熔滴，样条能够自熄；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为445kW/m2，总烟气生成量为13.8m2。
实施例11
将485g对苯二甲酸二甲酯、285mL乙二醇、77.5g 2-(3，5-二甲氧基羰基苯基)-1H-苯并咪唑、0.6g醋酸锌和0.251g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例10中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.66dL/g；玻璃化转变温度为95℃，极限氧指数为30.0％，垂直燃烧等级为V-2级，熔融滴落现象明显改善，第一次点火没有熔滴产生，第二次点火仅有一滴有焰熔滴产生，点燃脱脂棉；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为410kW/m2，总烟气生成量为11.9m2。
实施例12
将485g对苯二甲酸二甲酯、290mL乙二醇、116.25g 2-(3，5-二甲氧基羰基苯基)-1H-苯并咪唑、0.6g醋酸锌和0.251g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例10中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.64dL/g；玻璃化转变温度为100℃，极限氧指数为32.0％，垂直燃烧等级为V-2级，熔融滴落现象明显改善，第一次点火没有熔滴产生，第二次点火仅有一滴有焰熔滴产生，点燃脱脂棉；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为347kW/m2，总烟气生成量为9.5m2。
实施例13
将485g对苯二甲酸二甲酯、300mL乙二醇、155g 2-(3，5-二甲氧基羰基苯基)-1H-苯并咪唑、0.6g醋酸锌和0.251g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例10中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.66dL/g；玻璃化转变温度为95℃，极限氧指数为30.0％，垂直燃烧等级为V-0，两次点火都没有熔滴产生，且样条能够离火自熄；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为250kW/m2，总烟气生成量为8.7m2。
实施例14
将485g对苯二甲酸二甲酯、280mL乙二醇、21.3g 2,2’-(1,4-亚苯基)二(1H-苯并咪唑-5-羧酸甲酯)、0.6g醋酸锌和0.251g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例10中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.66dL/g；玻璃化转变温度为87℃，极限氧指数为29.0％，垂直燃烧等级为V-2级，熔融滴落现象明显改善，两次点火都有有焰熔滴产生并点燃脱脂棉，测试过程中只有几滴熔滴，样条能够自熄；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为464kW/m2，总烟气生成量为11.6m2。
实施例15
将485g对苯二甲酸二甲酯、285mL乙二醇、53.25g 2,2’-(1,4-亚苯基)二(1H-苯并咪唑-5-羧酸甲酯)、0.6g醋酸锌和0.262g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例10中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.65dL/g；玻璃化转变温度为98℃，极限氧指数为32.0％，垂直燃烧等级为V-2级，熔融滴落现象明显改善，第一次点火没有熔滴产生，第二次点火仅有一滴有焰熔滴产生，点燃脱脂棉；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为363kW/m2，总烟气生成量为10.5m2。
实施例16
将485g对苯二甲酸二甲酯、285mL乙二醇、106.5g 2,2’-(1,4-亚苯基)二(1H-苯并咪唑-5-羧酸甲酯)、0.6g醋酸锌和0.270g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例10中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.61dL/g；玻璃化转变温度为108℃，极限氧指数为35.0％，垂直燃烧等级为V-0级，两次点火都没有熔滴产生，且样条能够离火自熄；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为254kW/m2，总烟气生成量为8.5m2。
实施例17
将485g对苯二甲酸二甲酯、285mL1,3-丙二醇、106.5g 2,2’-(1,4-亚苯基)二(1H-苯并咪唑-5-羧酸甲酯)、0.6g醋酸锌和0.27g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例10中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.64dL/g；玻璃化转变温度为90℃，极限氧指数为33.0％，垂直燃烧等级为V-0级，两次点火都没有熔滴产生，且样条能够快速自熄；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为300kW/m2，总烟气生成量为9.0m2。
实施例18
将485g对苯二甲酸二甲酯、280mL1,4-丁二醇、106.5g 2,2’-(1,4-亚苯基)二(1H-苯并咪唑-5-羧酸甲酯)、0.6g醋酸锌和0.27g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例10中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.62dL/g；玻璃化转变温度为85℃，极限氧指数为32.0％，垂直燃烧等级为V-0级，两次点火都没有熔滴产生，且样条能够快速自熄；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为314kW/m2，总烟气生成量为9.3m2。
实施例19
将485g对苯二甲酸二甲酯、280mL乙二醇、29.5g 2,5-二羧酸甲酯-1H-苯并咪唑、0.6g醋酸锌和0.262g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例10中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为1.01dL/g；玻璃化转变温度为89℃，极限氧指数为26.0％，垂直燃烧等级为V-2级，熔融滴落现象明显改善，两次点火都有有焰熔滴产生并点燃脱脂棉，测试过程中只有几滴熔滴，样条能够自熄；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为533kW/m2，总烟气生成量为14.5m2。
实施例20
将485g对苯二甲酸二甲酯、285mL乙二醇、59g 2,5-二羧酸甲酯-1H-苯并咪唑、0.6g醋酸锌和0.269g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例10中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.86dL/g；玻璃化转变温度为93℃，极限氧指数为28.0％，垂直燃烧等级为V-2级，熔融滴落现象明显改善，两次点火都有有焰熔滴产生并点燃脱脂棉，测试过程中只有几滴熔滴，样条能够自熄；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为433kW/m2，总烟气生成量为12.8m2。
实施例21
将485g对苯二甲酸二甲酯、285mL乙二醇、118g 2,5-二羧酸甲酯-1H-苯并咪唑、0.7g醋酸锌和0.292g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例10中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共酯的特性黏数[η]为0.73dL/g；玻璃化转变温度为92℃，极限氧指数为31.0％，垂直燃烧等级为V-1级，熔融滴落现象明显改善，两次点火都没有熔滴现象产生，但是自熄时间较长；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为331kW/m2，总烟气生成量为10.8m2。
实施例22
将485g对苯二甲酸二甲酯、285mL乙二醇、143g 2,2’-二羧酸甲酯-5,5’-联苯并咪唑、0.7g醋酸锌和0.292g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例10中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.71dL/g；玻璃化转变温度为100℃，极限氧指数为36.0％，垂直燃烧等级为V-0级，两次点火都没有熔滴产生，且样条能够快速自熄；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为281kW/m2，总烟气生成量为9.1m2。
实施例23
将485g对苯二甲酸二甲酯、245mL乙二醇、148g 2,2’-二羟乙基-5,5’-联苯并咪唑、0.7g醋酸锌和0.282g钛酸四丁酯加入到反应釜中，按照实施例10中给出的步骤和条件进行酯化及缩聚反应后，出料。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.71dL/g；玻璃化转变温度为104℃，极限氧指数为37.0％，垂直燃烧等级为V-0级，两次点火都没有熔滴产生，且样条能够快速自熄；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为262kW/m2，总烟气生成量为8.8m2。
对比例
先将415g对苯二甲酸、220mL乙二醇和0.212g钛酸四丁酯加入到反应釜中，充氮气排除釜体内的空气，加压到0.1MPa；在2h内升温至240℃开始酯化反应，控制釜内压力为0.3～0.4MPa，维持2h后，压力开始降低，1.5h后温度逐渐升至260℃，压力降至常压，酯化反应结束；其后，在260-270℃低真空缩聚0.5h，然后升温至270℃高真空(压力＜100Pa)缩聚反应3h后，出料，水冷即可。
该共聚酯的特性黏数[η]为0.81dL/g；极限氧指数为22.0％，垂直燃烧等级为无级(N.R.)，垂直燃烧中熔滴十分严重，样条一直烧至夹具，且一直伴有有焰熔滴滴落；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR为1051kW/m2，总烟气生成量为18.4m2。

Claims (10)

1.基于苯并咪唑结构的阻燃抗熔滴共聚酯，其特征在于该共聚酯是由I、II、III或I、II、IV表示的结构单元组成：
Figure FDA0001575833470000011
式中，R1为亚芳基，
Figure FDA0001575833470000012
式中，R2为C2～C8的亚烷基，
Figure FDA0001575833470000013
式中，R3、R4为羧基或者酯基，可相同或不相同，R5为H原子、羟基、甲基或甲氧基中的任一种，R6为O原子、S原子、仲氨基、亚甲基或异丙基中的任一种，n＝0～8，
Figure FDA0001575833470000021
式中，R3、R4为C2～C8的亚烷基，可相同或不相同，R5为H原子、羟基、甲基或甲氧基中的任一种，R6为O原子、S原子、仲氨基、亚甲基或异丙基中的任一种，
其中，III的结构单元数为I的结构单元的2～40％，II的结构单元数：[I+III]的结构单元数＝1；IV的结构单元数为I的结构单元的2～40％，I：[II+IV]的结构单元数＝1，各结构单元或形成的链段是按羧基和羟基官能团任意连接组合，该共聚酯的特性黏数[η]为0.48～1.36dL/g，极限氧指数为25.0～42.0％；玻璃化转变温度较纯PET提高7～62℃；垂直燃烧等级为V-2～V-0级；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR比纯PET降低42.8～82.5％；烟释放总量比纯PET降低15.8～69.0％。
2.根据权利要求1所述的基于苯并咪唑结构的阻燃抗熔滴共聚酯，其特征在于该共聚酯中所述III的结构单元数为I的结构单元的5～30％，II的结构单元数：[I+III]的结构单元数＝1；IV的结构单元数为I的结构单元的5～30％，I：[II+IV]的结构单元数＝1，该共聚酯的特性黏数[η]为0.58～1.29dL/g，极限氧指数为26.0～40.0％；玻璃化转变温度较纯PET提高了9～53℃；垂直燃烧等级为V-2～V-0级；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR比纯PET降低49.3～81.5％；烟释放总量比纯PET降低21.2～66.3％。
3.根据权利要求1所述的基于苯并咪唑结构的阻燃抗熔滴共聚酯，其特征在于该共聚酯中所述III的结构单元数为I的结构单元的10～30％，II的结构单元数：[I+III]的结构单元数＝1；IV的结构单元数为I的结构单元的10～30％，I：[II+IV]的结构单元数＝1，该共聚酯的特性黏数[η]为0.58～1.26dL/g，极限氧指数为28.0～40.0％；玻璃化转变温度较纯PET提高了9～53℃；垂直燃烧等级为V-2～V-0级；锥形量热测试中峰值热释放速率p-HRR比纯PET降低58.8～81.5％；烟释放总量比纯PET降低30.4～66.3％。
4.一种权利要求1所述的基于苯并咪唑结构的阻燃抗熔滴共聚酯的制备方法，该方法是将二元酸或者其酯化物和C2～C8多元醇的共聚酯单体、催化剂按照常规的配比，采用常规的直接酯化法或者酯交换法进行酯化之后，经过缩聚反应制备而成，其特征在于酯化反应前或酯化反应后缩聚前，在反应体系中加入了按聚酯单体中二元酸或者其酯化物的摩尔计为2～40％的含苯并咪唑结构单元的阻燃单体。
5.根据权利要求4所述的基于苯并咪唑结构的阻燃抗熔滴共聚酯的制备方法，其特征在于该方法在反应体系中加入了按聚酯单体中二元酸或者其酯化物的摩尔计为5～30％的含苯并咪唑结构单元的阻燃单体。
6.根据权利要求4所述的基于苯并咪唑结构的阻燃抗熔滴共聚酯的制备方法，其特征在于该方法在反应体系中加入了按聚酯单体中二元酸或者其酯化物的摩尔计为10～30％的含苯并咪唑结构单元的阻燃单体。
7.根据权利要求4-6任一项所述的基于苯并咪唑结构的阻燃抗熔滴共聚酯的制备方法，其特征在于该方法所用的含苯并咪唑结构单元的阻燃单体为以下结构通式中的任一种：
Figure FDA0001575833470000031
或者
Figure FDA0001575833470000041
式中，X为羧基或酯基基团，Y为C2～C8的伯醇基团，Z1为H原子、羟基、甲基或甲氧基中的任一种，Z2为H原子、甲基或甲氧基中的任一种，W1、W2为O原子、S原子、仲氨基、亚甲基或异丙基中的任一种，n为0～8的整数。
8.根据权利要求4-6任一项所述的基于苯并咪唑结构的阻燃抗熔滴共聚酯的制备方法，其特征在于该方法所用的含苯并咪唑结构单元的阻燃单体为以下结构通式中的任一种：
Figure FDA0001575833470000042
式中，X为羧基或酯基基团，Z1为H原子、羟基、甲基或甲氧基中的任一种，W1为O原子、S原子、仲氨基、亚甲基或异丙基中的任一种。
9.根据权利要求7所述的基于苯并咪唑结构的阻燃抗熔滴共聚酯的制备方法，其特征在于该方法所用的含苯并咪唑结构单元阻燃单体中酯基基团为一元醇酯化后的甲酯基团或乙酯基团，或为多元醇酯化后的乙二醇酯基团、丙二醇酯基团、丁二醇酯基团、新戊二醇酯基团、丙三醇酯基团或季戊四醇酯基团中的任一种。
10.根据权利要求8所述的基于苯并咪唑结构的阻燃抗熔滴共聚酯的制备方法，其特征在于该方法所用的含苯并咪唑结构单元阻燃单体中酯基基团为一元醇酯化后的甲酯基团或乙酯基团，或为多元醇酯化后的乙二醇酯基团、丙二醇酯基团、丁二醇酯基团、新戊二醇酯基团、丙三醇酯基团或季戊四醇酯基团中的任一种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109320704A (zh) * 2018-10-09 2019-02-12 江苏凯普特新材料科技有限公司 一种含苯并咪唑结构的嵌段共聚涤纶母粒及其制备方法和应用
CN109280159A (zh) * 2018-10-09 2019-01-29 江苏凯普特新材料科技有限公司 一种含苯并咪唑结构的无规共聚涤纶及其制备方法和应用
CN110016054B (zh) * 2019-03-15 2021-10-22 四川大学 含磷氮苯并杂环结构的离子单体、用其阻燃的共聚酯型离聚物及它们的制备方法和应用
CN110066389B (zh) * 2019-03-15 2022-03-15 四川大学 含苯并杂环磺酸盐结构的离子单体、用其阻燃抗熔滴的离聚物及它们的制备方法和应用
CN111253731B (zh) * 2020-03-31 2021-09-17 浙江益弹新材料科技有限公司 一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法
CN113817150B (zh) * 2020-06-19 2022-06-21 四川大学 含芳香仲胺结构的共聚酯及其制备方法和应用
TW202210551A (zh) * 2020-06-19 2022-03-16 四川大學 基於高溫自交聯的阻燃抗熔滴共聚酯及其製備方法和應用
CN115197270A (zh) * 2021-04-13 2022-10-18 四川大学 自催化功能反应单体、自催化聚合与自催化解聚的功能共聚物及其制备方法和应用
CN114989406B (zh) * 2022-07-11 2024-01-12 青岛大学 一种非金属有机化合物在dmt法合成聚酯中的应用、dmt法功能共聚酯及其制法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3954790A (en) * 1973-11-13 1976-05-04 Ciba-Geigy Corporation Halogen-substituted benzimidazolone compounds
US3997511A (en) * 1973-11-13 1976-12-14 Ciba-Geigy Corporation Unsaturated linear polyesters
CN101735152A (zh) * 2009-12-18 2010-06-16 长沙理工大学 2,2'-(1,4-亚苯基)二(苯并咪唑-5-羧酸)及其制备方法
CN102863620A (zh) * 2011-07-05 2013-01-09 上海帝埃碧化学科技有限公司 一种芳香族聚苯并咪唑的制备方法
CN105273173A (zh) * 2015-11-20 2016-01-27 四川大学 基于席夫碱结构的高温自交联阻燃抗熔滴共聚酯及其制备方法
CN107189048A (zh) * 2017-06-06 2017-09-22 四川大学 基于芳腈结构的低烟阻燃抗熔滴共聚酯及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3954790A (en) * 1973-11-13 1976-05-04 Ciba-Geigy Corporation Halogen-substituted benzimidazolone compounds
US3997511A (en) * 1973-11-13 1976-12-14 Ciba-Geigy Corporation Unsaturated linear polyesters
CN101735152A (zh) * 2009-12-18 2010-06-16 长沙理工大学 2,2'-(1,4-亚苯基)二(苯并咪唑-5-羧酸)及其制备方法
CN102863620A (zh) * 2011-07-05 2013-01-09 上海帝埃碧化学科技有限公司 一种芳香族聚苯并咪唑的制备方法
CN105273173A (zh) * 2015-11-20 2016-01-27 四川大学 基于席夫碱结构的高温自交联阻燃抗熔滴共聚酯及其制备方法
CN107189048A (zh) * 2017-06-06 2017-09-22 四川大学 基于芳腈结构的低烟阻燃抗熔滴共聚酯及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Design, Synthesis, and Characterization of a Potential Flame Retardant Poly(lactic acid-co-pyrimidine-2,4,5,6-tetramine)via Direct Melt Polycondensation;Jin-Feng Xiong，等;《Journal of Applied Polymer Science》;20141231;40275（1-10） *
苯酰亚胺结构对PET阻燃抗熔滴及抑烟的贡献;陈琳等;《高分子学报》;20170731(第7期);第1207-1214页 *

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