CN113621221B - 一种阻燃pet树脂及其制备方法 - Google Patents

一种阻燃pet树脂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及阻燃材料的领域，具体公开了一种阻燃PET树脂及其制备方法。阻燃PET树脂包括以下质量份数的组分：PET树脂100份、硬酯磺胺3‑5份、酒石酸钙2‑6份、成核促进剂2‑4份、阻燃复合体10‑15份、润滑剂1‑2份和填料20‑30份；其制备方法为：将PET树脂、硬酯磺胺、酒石酸钙、成核促进剂、阻燃剂和填料混合，搅拌均匀，得到混合物，混合物混炼、挤出以及造粒，得到阻燃PET树脂。本申请的阻燃PET树脂具有力学强度较佳的优点；另外，本申请的制备方法具有工艺简单的优点。

Description

一种阻燃PET树脂及其制备方法
技术领域
本申请涉及PET树脂的领域，更具体地说，它涉及一种阻燃PET树脂及其制备方法。
背景技术
PET树脂俗称涤纶树脂，是对苯二甲酸和乙二醇的缩聚物，PET树脂具有耐热、电绝缘性能好、受温度影响小的优点，因此，越来越多的PET树脂用在电子设备领域，这要求PET树脂具有较佳的阻燃性。
PET树脂的阻燃改性通常通过加入添加型阻燃剂来实现，但是添加型阻燃剂添加后容易引起PET树脂的力学性能下降，因此，还有改善空间。
发明内容
为了提高阻燃PET树脂的力学强度，本申请提供一种阻燃PET树脂及其制备方法。
第一方面，本申请提供的一种阻燃PET树脂，采用如下的技术方案：
一种阻燃PET树脂，包括以下质量份数的组分：
PET树脂100份
硬酯磺胺3-5份
酒石酸钙2-6份
成核促进剂2-4份
阻燃复合体10-15份
润滑剂1-2份
填料20-30份。
通过加入阻燃复合体使得PET树脂的阻燃效果提高，并且通过硬酯磺胺和酒石酸钙以特定的比例配合，PET树脂的成核速率和结晶密度同时提高，PET树脂的微晶尺寸细化效果较佳，使得PET树脂的拉伸强度以及缺口冲击强度提高，从而使得PET树脂增强增韧的效果较佳，进而弥补了阻燃复合体加入后PET树脂的力学强度容易下降的缺陷。
优选的，所述成核促进剂为聚乙二醇和对乙酰胺基苯磺酰胺中的一种或者两种的组成。
通过加入聚乙二醇有利于促进PET分子链段的运动，通过加入乙酰胺基苯磺酰胺有利于降低PET树脂的熔融热和熔点，单独加入聚乙二醇和乙酰胺基苯磺酰胺均可在一定程度上提高PET树脂的结晶速度。同时加入聚乙二醇和乙酰胺基苯磺酰胺后，PET树脂的结晶成核率明显提高，使得PET树脂增强增韧的效果较佳。
优选的，所述成核促进剂为聚乙二醇和对乙酰胺基苯磺酰胺按照质量比(1.7-3):1组成。
通过采用上述技术方案，当聚乙二醇和对乙酰胺基苯磺酰胺以特定的比例复配后，PET树脂的结晶完善程度较佳，从而提高PET树脂的力学强度。
优选的，所述阻燃复合体包括以下质量份数的组分：
苯基顺酐15-25份
甘露糖醇75-85份
硼酸盐6-12份。
通过采用上述技术方案，通过苯基顺酐、甘露糖醇和硼酸盐以特定的比例配合，得到阻燃效果更佳的阻燃复合体，阻燃复合体与PET树脂的相容性较佳，使得阻燃复合体不易析出，从而使得阻燃PET树脂的阻燃效果较佳。
其中，硼酸盐可以为硼酸钙、硼酸锌、硼酸钾以及硼酸钠等。
优选的，所述阻燃复合体中还加入有质量份数为1-3份的磷酸锆。
通过采用上述技术方案，通过加入磷酸锆，磷酸锆与硼酸盐具有较佳的协同阻燃的效果，使得阻燃复合体的阻燃效果明显提高，从而使得阻燃复合体加入PET树脂后起到较佳的阻燃效果。
优选的，所述阻燃复合体的制备方法为：将苯基顺酐、硼酸盐和甘露糖醇在40-50℃超声处理25-30min，然后将升温至70-80℃，保温3-4h，得到阻燃复合体。
通过采用上述技术方案，苯基顺酐、硼酸盐和甘露糖醇混合后，通过在40-50℃超声处理25-30min，有利于硼酸盐中的羟基与甘露糖醇中的羟基键合，通过升温至70-80℃并保温3-4h，有利于苯基顺酐开环产生羧基基团，羧基基团与甘露糖醇的羟基键合而形成阻燃复合体，阻燃复合体与PET树脂的相容性较佳，因此，阻燃复合体能够均匀地分散在PET树脂中，能够在一定程度上提高PET树脂的阻燃性。
优选的，所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡、硬脂酸钡和硬脂酸锌中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，氧化聚乙烯蜡、硬脂酸钡和硬脂酸锌均有利于提高各组分的分散性，降低PET树脂的熔融温度的同时提高PET树脂的流动性，改善PET树脂的加工性能，还使得PET树脂较易脱膜，同时有利于获得力学强度较佳的PET树脂。
优选的，所述填料为玻璃纤维、活性白土和滑石粉中的一种或多种的复配。
通过单独加入玻璃纤维、活性白土和滑石粉，有利于填充PET树脂的间隙，使得PET树脂的力学强度提高，通过同时加入玻璃纤维、活性白土和滑石粉，使得PET树脂的耐热性和尺寸稳定性得到提高。
第二方面，本申请提供的一种阻燃PET树脂的制备方法，采用如下的技术方案：
一种阻燃PET树脂的制备方法，包括以下步骤：
将PET树脂、硬酯磺胺、酒石酸钙、成核促进剂、阻燃剂、分散剂和填料混匀，得到混合物，混合物混炼、挤出和造粒，得到阻燃PET树脂。
通过采用上述技术方案，阻燃PET树脂的制备工艺简单，加工方便，同时阻燃PET树脂树脂中各组分的分散效果较佳，从而使得阻燃PET树脂的阻燃性以及力学强度均较佳。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请通过硬酯磺胺和酒石酸钙以特定的比例配合，使得PET树脂的拉伸强度以及缺口冲击强度提高，弥补了的阻燃复合体加入后对PET树脂力学性能的影响。
2、本申请中优选采用聚乙二醇和对乙酰胺基苯磺酰胺以特定的比例复配，有利于促进PET树脂结晶成核，有利于提高PET树脂的力学强度。
3、本申请中苯基顺酐、硼酸盐和甘露糖醇反应形成阻燃复合体，阻燃复合体不易降低PET树脂的结晶性，能够在一定程度上帮助提高PET树脂的力学强度。
具体实施方式
以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。
实施例以及对比例中所使用的原料均可通过市售获得。PET树脂为美国杜邦出售的牌号为408NC010的PET树脂。聚乙二醇的平均分子量选择800-4000，为江苏省海安石油化工厂出售的PEG-2000。氧化聚乙烯蜡为霍尼韦尔的牌号为A-C307A的蜡粉，玻璃纤维的粒径为50-500目，为五河维佳复合材料有限公司出售的玻璃纤维粉。
制备例1
一种阻燃复合体，由15kg苯基顺酐、12kg硼酸锌、85kg甘露糖醇组成。
阻燃复合体制备方法如下：将15kg苯基顺酐、85kg硼酸盐、12kg甘露糖醇一起加入搅拌釜中，在100r/min的转速下搅拌5分钟，接着在40℃超声处理30min，然后将升温至80℃，保温3h，得到阻燃复合体。
制备例2
一种阻燃复合体由25kg苯基顺酐、6kg硼酸盐、75kg甘露糖醇和1kg磷酸锆组成。
制备方法如下：将25kg苯基顺酐、6kg硼酸盐、75kg甘露糖醇和1kg磷酸锆一起加入搅拌釜中，在150r/min的转速下搅拌4分钟，接着在50℃超声处理20min，然后将升温至70℃，保温4h，得到阻燃复合体。
制备例3
与制备例1的区别仅在于：阻燃复合体的制备方法中，采用磷酸锆等量替代硼酸锌。
制备例4
与制备例1的区别仅在于：阻燃复合体的制备方法中，3kg硼酸锌与15kg苯基顺酐、85kg硼酸盐、12kg甘露糖醇一起加入搅拌釜中，搅拌均匀。
实施例1
一种阻燃PET树脂，由以下组分组成：PET树脂、硬酯磺胺、酒石酸钙、成核促进剂、润滑剂、填料和阻燃复合体。其中，成核促进剂为聚乙二醇，润滑剂为氧化聚乙烯蜡，填料为玻璃纤维，阻燃复合体为制备例1制备的阻燃复合体，各组分的用量详见表1。
一种阻燃PET树脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)，将PET树脂、硬酯磺胺、酒石酸钙、聚乙二醇、氧化聚乙烯蜡、玻璃纤维和阻燃复合体一起加入搅拌釜，在100r/min的转速下搅拌10min，搅拌均匀，得到混合物。
步骤(2)，将混合物投入螺杆挤出机中混炼挤出，设置螺杆挤出机熔融区的温度为220℃，螺杆挤出机挤出后对混合物进行冷却，接着进入造粒机造粒，得到PET树脂。
实施例2
与实施例1的区别仅在于：阻燃复合体为制备例2制备的阻燃复合体，各组分的用量详见表1。
实施例3
与实施例1的区别仅在于：阻燃复合体为制备例3制备的阻燃复合体，各组分的用量详见表1。
实施例4
与实施例1的区别仅在于：阻燃复合体为制备例4制备的阻燃复合体，各组分的用量详见表1。
实施例5-6
与实施例1的区别仅在于：步骤(1)中，各组分投入的量不同，各组分的用量详见表1。
实施例7
与实施例4的区别仅在于：步骤(1)中，采用3kg对乙酰胺基苯磺酰胺等量替换3kg聚乙二醇，各组分的用量详见表1。
实施例8
与实施例4的区别仅在于：步骤(1)中，同时加入1kg对乙酰胺基苯磺酰胺和2kg聚乙二醇，各组分的用量详见表1。
实施例9
与实施例8的区别仅在于：步骤(1)中，润滑剂为1.3kg氧化聚乙烯蜡和0.2kg硬脂酸锌组合，各组分的用量详见表2。
实施例10
与实施例8的区别仅在于：步骤(1)中，填充剂为15kg玻璃纤维和10kg活性白土，各组分的用量详见表2。
实施例11
与实施例8的区别仅在于：步骤(1)中，填充剂为15kg玻璃纤维和10kg滑石粉。
实施例12
与实施例8的区别仅在于：步骤(1)中，填充剂为10kg玻璃纤维和5kg滑石粉和5kg活性白土，各组分的用量详见表2。
实施例13
与实施例8的区别在于：步骤(1)中，润滑剂为1.3kg氧化聚乙烯蜡和0.3kg硬脂酸锌组合，填充剂为13kg玻璃纤维和2kg滑石粉和10kg活性白土，各组分的用量详见表2。
步骤(2)中，螺杆挤出机熔融区的温度为250℃。
表1
Figure BDA0003196971700000081
表2
Figure BDA0003196971700000082
Figure BDA0003196971700000091
对比例1
与实施例1的区别仅在于：步骤(1)中，采用PET树脂等量替换阻燃复合体。
对比例2
与实施例1的区别仅在于：步骤(1)中，采用硼酸锌等量替换阻燃复合体。
对比例3
与实施例1的区别仅在于：步骤(1)中，采用酒石酸钙等量替代硬酯磺胺。
对比例4
与实施例1的区别仅在于：步骤(1)中，采用硬酯磺胺等量替代酒石酸钙。
实验
201210543749.1将各实施例及比较例的阻燃PET树脂注塑力学样条测试，注射压力为50MPa，模具温度为5℃，冷却时间10s，成型周期25s。
以下热变形温度按照GB/T1634-2004标准测试，使用8MPa弯曲应力的C法。缺口冲击强度按照GB/T1843-2008标准测试。拉伸性能按照GB/T1040-2006标准测试，采用UTM4204万能试验机，测试温度为25℃，夹持长度为60mm，拉伸速度为25mm/min。阻燃性能按GB/T2406-93标准测试，试样的型式为Ⅳ，试样厚度为12.1mm，采用方法A点燃，测试结果用氧指数表示。
表3为注塑样条的性能测试表。
表3
Figure BDA0003196971700000101
通过表3中实施例1与对比例1数据对比可得，通过加入阻燃复合体，使得PET树脂的氧指数显著提高，证明阻燃复合体能够显著地提高PET树脂的阻燃性。
通过表3中实施例1与对比例2的数据对比可得，在单独加入硼酸锌后，容易引起PET树脂的缺口冲击强度以及拉伸性能下降，在加入阻燃复合体后，PET树脂的缺口冲击强度以及拉伸性能变化不大，证明阻燃复合体不易PET树脂的结晶速率以及晶体尺寸造成影响，因此采用阻燃复合体替换硼酸锌，PET树脂不但获得了较佳的阻燃性能，还克服了缺口冲击强度以及拉伸性能下降的缺陷。
通过表3中实施例1与对比例3-4的数据对比可得，通过同时加入酒石酸钙和硬酯磺胺，PET树脂的缺口冲击强度以及拉伸性能明显提高，证明酒石酸钙和硬酯磺胺同时加入后对PET树脂的结晶尺寸以及结晶率产生影响，能够显著地改善PET树脂的力学性能。
通过表3中实施例1与实施例2-3的数据对比可得，通过在阻燃复合体中同时加入硼酸锌和磷酸锆，PET树脂的氧指数明显提高，证明硼酸锌和磷酸锆具有协同阻燃的效果，发明人认为硼酸锌熔化后能够形成玻璃体覆盖层，磷酸锆的高温分解产物能够与硼酸锌能够一起形成保护膜覆盖在PET树脂的表面，从而大大阻碍了热量传递以及挥发性物质的气相传质过程，使得PET树脂的阻燃性能明显提高。
通过表3中实施例3与实施例6-7对比可得，通过单独加入聚乙二醇和乙酰胺基苯磺酰胺，均能提高PET树脂的缺口冲击强度以及拉伸性能，通过聚乙二醇和乙酰胺基苯磺酰胺配合，使得PET树脂的缺口冲击强度以及拉伸性能明显提高，证明聚乙二醇和乙酰胺基苯磺酰胺对于提高PET树脂的力学性能具有协同增效的作用。
通过表3中实施例3与实施例8对比可得，通过加入氧化聚乙烯蜡、硬脂酸锌和硬酯酸钡，PET树脂的氧指数在一定程度上提高，证明PET树脂的阻燃性能提高，说明氧化聚乙烯蜡、硬脂酸锌和硬酯酸钡同时加入后能够在一定程度上提高PET树脂的阻燃性。
通过表3中实施例7与实施例9-11对比可得，通过同时加入玻璃纤维、活性白土和滑石粉，使得PET树脂的热变形温度、缺口冲击强度以及拉伸性能明显提高，证明玻璃纤维、活性白土和滑石粉同时加入后能够提高PET树脂的耐热性以及力学性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种阻燃PET树脂，其特征在于：包括以下质量份数的组分：
PET树脂100份
硬酯磺胺3-5份
酒石酸钙2-6份
成核促进剂2-4份
阻燃复合体10-15份
润滑剂1-2份
填料20-30份。
2.根据权利要求1所述的阻燃PET树脂，其特征在于：所述成核促进剂为聚乙二醇和对乙酰胺基苯磺酰胺中的一种或者两种的组合。
3.根据权利要求2所述的阻燃PET树脂，其特征在于：所述成核促进剂由所述聚乙二醇和对乙酰胺基苯磺酰胺按照质量比（1.7-3）:1组成。
4.根据权利要求1所述的阻燃PET树脂，其特征在于：所述阻燃复合体包括以下质量份数的组分：
苯基顺酐15-25份
甘露糖醇75-85份
硼酸盐6-12份。
5.根据权利要求4所述的阻燃PET树脂，其特征在于：所述阻燃复合体中还加入有质量份数为1-3份的磷酸锆。
6.根据权利要求4所述的阻燃PET树脂，其特征在于：所述阻燃复合体的制备方法为：将苯基顺酐、硼酸盐和甘露糖醇在40-50℃超声处理25-30min，然后升温至70-80℃，保温3-4h，得到阻燃复合体。
7.根据权利要求1所述的阻燃PET树脂，其特征在于：所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡、硬脂酸钡和硬脂酸锌中的一种或多种的组合。
8.根据权利要求1所述的阻燃PET树脂，其特征在于：所述填料为玻璃纤维、活性白土和滑石粉中的一种或多种的复配。
9.一种如权利要求1所述的阻燃PET树脂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将PET树脂、硬酯磺胺、酒石酸钙、成核促进剂、阻燃复合体、分散剂和填料混匀，得到混合物，混合物混炼、挤出和造粒，得到阻燃PET树脂。
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