CN114196194A - 一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法，包括材料分别倒入对应反应釜、加热脱水进行反应、混合浇铸，该一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料按重量份份包括以下组合物：己内酰胺100份、石墨0.5‑5份、六甲基磷酰三胺1‑30份、催化剂0.02‑2份、聚硅氧烷(端活性基)0.1‑20份、活化剂0.1‑10份。本发明制备的基体阻燃材料比添加型阻燃剂制备的阻燃材料，解决了沉降导致的材质不均匀问题，比原来的材料阻燃效率更高，阻燃剂用量更少，对机械性能影响更小，本发明制备的阻燃材料与现有的有机硅阻燃浇铸尼龙材料相比，由于发挥了磷‑氮‑硅‑成碳剂的协效阻燃机理，材料的阻燃等级更高。
Description
技术领域
本发明涉及浇铸尼龙技术领域，具体为一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法。
背景技术
铸尼龙在许多领域实现“以塑代钢”，是一种综合性能优异的工程材料。随着各个行业对材料防火安全要求的不断提高以及国家有关政策的相继出台，浇铸尼龙材料对阻燃性能的要求越来越高，普通浇铸尼龙材料在阻燃要求较高的领域使用受限，为了使浇铸尼龙材料能更广泛的应用，必须在尽可能保持材料机械性能的基础上来提升材料的阻燃性能。
现有浇铸尼龙阻燃材料多采用添加型阻燃剂，主要是添加红磷、氢氧化镁(包括氧化镁)、层状结构的矿物质(如凹凸棒土、埃洛石、蒙脱土，等)，添加型阻燃剂一般用量比较大，且粉体容易沉降导致分散不均匀，阻燃效率比较低，为此，我们提出了一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法，包括材料分别倒入对应反应釜、加热脱水进行反应、混合浇铸，该一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料按重量份份包括以下组合物：己内酰胺100份、石墨0.5-5份、六甲基磷酰三胺1-30份、催化剂0.02-2份、聚硅氧烷(端活性基)0.1-20份、活化剂0.1-10份。
优选的，该一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料按重量份份包括以下组合物：己内酰胺100份、石墨1份、六甲基磷酰三胺5份、催化剂0.2份、聚硅氧烷(端活性基)5份、活化剂0.5份。
优选的，该一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料按重量份份包括以下组合物：己内酰胺100份、石墨1份、六甲基磷酰三胺10份、催化剂0.2份、聚硅氧烷(端活性基)5份、活化剂0.5份。
优选的，该一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料按重量份份包括以下组合物：己内酰胺100份、石墨3份、六甲基磷酰三胺20份、催化剂0.2份、聚硅氧烷(端活性基)10份、活化剂0.6份。
优选的，该原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一，材料分别倒入对应反应釜：将100重量份己内酰胺等分成两份加入A、B反应釜，加热熔融；
步骤二，加热脱水进行反应：A釜加入石墨和六甲基磷酰三胺，真空脱水，再加入催化剂，继续真空脱水5-45min；得到活性料A组分，B釜加热真空脱水，然后加入聚硅氧烷(端活性基)，再脱水5-15min分钟除去组分可能存在的水份，再加入活化剂，保持温度活化5－45min；
步骤三，混合浇铸：A、B两釜活性料混合进行浇铸，浇铸到已经预热好的模具内，聚合完成后拆模取出制品。
优选的，所述催化剂可以是氢氧化钠、钠代己内酰胺盐、金属钠钾锂、醇钠，等的一种或者其中几种复合。
优选的，所述活化剂可以是乙酰基己内酰胺和各种异氰酸酯。
优选的，所述步骤一中反应釜的熔融温度：110-150℃，真空度≥0.996bar，脱水时间5-45min，所述步骤二中反应釜的温度：110-150℃，真空度≥0.996bar，所述步骤三中的模具温度：140-180摄氏度，聚合时间：5－45min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将六甲基磷酰三胺原位加入到己内酰胺A组分，将石墨原位添加到己内酰胺A组分；将端活性基团的硅油原位加入到己内酰胺B组分，与异氰酸酯组分反应，原位生成大分子活化剂，参与尼龙聚合嵌段到高分子主链上；六甲基磷酰三胺燃烧时，其中的磷原子生成磷酸和偏磷酸类的产物，提供酸源；六甲基磷酰三胺和尼龙本体中的氮原子燃烧时提供一氧化氮和二氧化氮类的气源，石墨在材料燃烧时提供碳源，有机硅链段燃烧时生成二氧化硅在材料表面聚集，二氧化硅令炭层强度变大，更易于覆盖在材料表面形成完整的阻隔层，起到隔绝氧气和热量的作用从而达到阻燃效果，解决了沉降导致的材质不均匀问题，比原来的材料阻燃效率更高，阻燃剂用量更少，对机械性能影响更小，本发明制备的阻燃材料与现有的有机硅阻燃浇铸尼龙材料相比，由于发挥了磷-氮-硅-成碳剂的协效阻燃机理，材料的阻燃等级更高。
附图说明
图1为本发明一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
第一步：将100重量份己内酰胺等分成两份加入A、B反应釜，加热熔融，真空脱水。
其中，温度:125-130℃；真空度≥0.996bar；脱水时间10min。
第二步：A釜加入石墨和六甲基磷酰三胺，继续真空脱水15min，加入催化剂氢氧化钠，再真空脱水15min，得到活性料A组分，B釜加入聚硅氧烷(端活性基)，再脱水15分钟除去组分可能存在的水份，再加入活化剂，保持温度活化30min，得到活性料B组分。
其中，石墨重量份1份；六甲基磷酰三胺重量份5份；催化剂：氢氧化钠,添加量0.2份；聚硅氧烷(端活性基)：端胺基硅氧烷，添加量5份；活化剂：甲苯二异氰酸酯(TDI)，添加量0.5份；温度:125-130℃；真空度≥0.996bar；
第三步：A、B两釜活性料混合进行浇铸，浇铸到已经预热好的模具内，聚合完成后拆模取出制品。
其中，模具温度：160-165℃；聚合时间:20min。
实施例2
第一步；将100重量份己内酰胺等分成两份加入A、B反应釜，加热熔融，真空脱水。
其中，温度:125-130℃；真空度≥0.996bar；脱水时间10min；
第二步:A釜加入石墨和六甲基磷酰三胺，继续真空脱水15min，加入催化剂氢氧化钠，再真空脱水15min，得到活性料A组分。B釜加入聚硅氧烷(端活性基)，再脱水15分钟除去组分可能存在的水份，再加入活化剂，保持温度活化30min，得到活性料B组分。
其中，石墨重量份1份；六甲基磷酰三胺重量份10份；催化剂：氢氧化钠,添加量0.2份；聚硅氧烷(端活性基)：端羟基硅氧烷，添加量5份；活化剂：二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，添加量0.5份；温度:125-130℃；真空度≥0.996bar；
第三步：A、B两釜活性料混合进行浇铸，浇铸到已经预热好的模具内，聚合完成后拆模取出制品。
模具温度：160-165℃；聚合时间：20min。
实施例3
第一步：将100重量份己内酰胺等分成两份加入A、B反应釜，加热熔融，真空脱水。
其中，温度:125-130℃；真空度≥0.996bar；脱水时间10min。
第二步：A釜加入石墨和六甲基磷酰三胺，继续真空脱水15min，加入催化剂氢氧化钠，再真空脱水15min，得到活性料A组分，B釜加入聚硅氧烷(端活性基)，再脱水15分钟除去组分可能存在的水份，再加入活化剂，保持温度活化30min，得到活性料B组分。
其中，石墨重量份3份；六甲基磷酰三胺重量份20份；催化剂：氢氧化钠,添加量0.2份；聚硅氧烷(端活性基)：端胺基硅氧烷，添加量10份；活化剂：甲苯二异氰酸酯(TDI)，添加量0.6份；温度:125-130℃；真空度≥0.996bar；
第三步：A、B两釜活性料混合进行浇铸，浇铸到已经预热好的模具内，聚合完成后拆模取出制品。
其中，模具温度：160-165℃；聚合时间:20min。
其对实施例1-3进行测试：
实施例1制备的原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料，拉伸强度69MPa，压缩强度118MPa，弯曲强度89MPa，悬臂梁缺口冲击强度56J/m，氧指数27，阻燃等级V2；
实施例2制备的原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料，拉伸强度65MPa，压缩强度112MPa，弯曲强度82MPa，悬臂梁缺口冲击强度64J/m，氧指数29，阻燃等级V1；
实施例3制备的原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料，拉伸强度58MPa，压缩强度103MPa，弯曲强度79MPa，悬臂梁缺口冲击强度78J/m，氧指数34，阻燃等级V0；
阴离子聚合尼龙6：在常压下将熔融的己内酰胺单体用强碱性物质作为催化剂，与活化剂等助剂一起注入到预热好的模具中，物料在模具内很快地进行聚合反应，凝结成坚韧的固体物件。
阴离子聚合尼龙6通常也称为单体浇铸尼龙6(Monomer Casting Polyamide，MC-PA6)，用于注塑的尼龙切片在反应机理上属于阳离子聚合，与本发明所涉及的阴离子聚合工艺完全不同
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法，包括材料分别倒入对应反应釜、加热脱水进行反应、混合浇铸，其特征在于，该一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料按重量份份包括以下组合物：己内酰胺100份、石墨0.5-5份、六甲基磷酰三胺1-30份、催化剂0.02-2份、聚硅氧烷(端活性基)0.1-20份、活化剂0.1-10份。
2.根据权利要求1所述的一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法，其特征在于,该一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料按重量份份包括以下组合物：己内酰胺100份、石墨1份、六甲基磷酰三胺5份、催化剂0.2份、聚硅氧烷(端活性基)5份、活化剂0.5份。
3.根据权利要求1所述的一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法，其特征在于,该一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料按重量份份包括以下组合物：己内酰胺100份、石墨1份、六甲基磷酰三胺10份、催化剂0.2份、聚硅氧烷(端活性基)5份、活化剂0.5份。
4.根据权利要求1所述的一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法，其特征在于,该一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料按重量份份包括以下组合物：己内酰胺100份、石墨3份、六甲基磷酰三胺20份、催化剂0.2份、聚硅氧烷(端活性基)10份、活化剂0.6份。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法，其特征在于，该原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法包括以下步骤：
步骤一，材料分别倒入对应反应釜：将100重量份己内酰胺等分成两份加入A、B反应釜，加热熔融；
步骤二，加热脱水进行反应：A釜加入石墨和六甲基磷酰三胺，真空脱水，再加入催化剂，继续真空脱水5-45min，得到活性料A组分。B釜加热真空脱水，然后加入聚硅氧烷(端活性基)，再脱水5-15min分钟除去组分可能存在的水份，再加入活化剂，保持温度活化5－45min；
步骤三，混合浇铸：A、B两釜活性料混合进行浇铸，浇铸到已经预热好的模具内，聚合完成后拆模取出制品。
6.根据权利要求1所述的一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂可以是氢氧化钠、钠代己内酰胺盐、金属钠钾锂、醇钠，等的一种或者其中几种复合。
7.根据权利要求1所述的一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法，其特征在于，所述活化剂可以是乙酰基己内酰胺和各种异氰酸酯。
8.根据权利要求5所述的一种原位阴离子聚合尼龙6阻燃材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中反应釜的熔融温度：110-150℃，真空度≥0.996bar，脱水时间5-45min，所述步骤二中反应釜的温度：110-150℃，真空度≥0.996bar，所述步骤三中的模具温度：140-180℃，聚合时间：5－45min。
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