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改善PET阻燃抗熔滴及增強機械性能的新途徑

聚酯的無鹵阻燃與抗熔滴是一對難以調和的矛盾,成為阻燃界至今尚未得到很好解決的難題。

 

該技術所解決的問題是為了提供一種可紡性好,成纖強度高,并具有阻燃、無熔滴、抗疲勞、尺寸穩定性和氣體阻隔特性的聚對苯二甲酸乙二醇酯(以下簡稱PET)-有機磷雜化α-磷酸鋯(以下簡稱α-ZrP)復合纖維材料.
 

技術方法

1)  將α-ZrP 在室溫條件下,超聲并機械攪拌,超聲攪拌功率為60W,時間為30min;機械攪拌的轉速為500r/min,時間為30min 分散于DMF中;分散后α-ZrP的濃度為0.008/ml;

2)  加入小分子正丙胺反應,正丙胺與α-ZrP的摩爾比為1:2.2,加入正丙胺反應的時間為0.9h;
 
3)  在添加硅烷偶聯劑3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)繼續反應;APTES的滴加量與α-ZrP的質量比為1.0:1;滴加速率為1.2ml/min;繼續反應的時間為5h;
 
4)  添加羥甲基苯基次膦酸繼續反應;羥甲基苯基次膦酸的添加量與APTES的摩爾質量比為2:1;反應溫度為40℃,繼續反應時間4h;
 
5)  固相產物經分離、洗滌和烘干即可得到有機磷雜化的α-ZrP,固相產物語溶劑分離采用旋轉蒸發儀;洗滌是先在濃度為92%的丙酮與水的混合溶液浸泡28h,后用大量丙酮溶液清洗4次直至產物種無殘留的反應原料;烘干為置于真空烘箱中,65℃,真空度0.06MPa條件下烘干28h;
 
6)  有機磷雜化的α-ZrP在260℃條件下烘焙5min,即可得到有機磷雜化的α-ZrP,該有機磷雜化α-ZrP外觀為白色粉末,并為層狀化合物,該有機磷雜化α-ZrP的層間距1.72nm(2θ=5.12°);該有機磷雜化α-ZrP由α-ZrP、硅烷偶聯劑3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)和  羥甲基苯基次膦酸組成,APTES插在α-ZrP層間,羥甲基苯次膦酸與分布在α-ZrP表面和層間的APTES端基形成化學鍵,APTES 在α-ZrP 上的接枝率為13.82%,有機磷含量為10.05%,有機磷雜化α-ZrP起始分解溫度為383℃;有機磷雜化α-ZrP能夠均勻地分散在非極性有機溶劑正己烷中;
 
7)  將PET在180℃干燥4h,然后將3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)和羥甲基苯基次膦酸雜化的α-ZrP與PET按照5:95(W/W)的重量比用雙螺桿擠出機在285℃的溫度下熔融共混、造粒,得到含5% 3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)和羥甲基苯基次膦酸雜化的α-ZrP的PET復合樹脂切片;
 
8)  將制得的含5%  3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)和羥甲基苯基次膦酸雜化的α-ZrP的PET復合樹脂切片在175℃干燥4h,然后用熔融紡絲機在285℃的溫度下紡絲得到PET-有機磷雜化α-ZrP復合纖維材料.
 
 
實驗結果
 

經檢驗,本實施例得到的復合纖維材料中最終α-ZrP含量為5.6%,纖維的纖度為145.8dtex,斷裂強度為2.6cN/dtex,斷裂伸長率為136.7%,阻燃性能優異LOI>30,無熔滴。

本文旨在傳播專業知識,侵刪!以上部分摘自(申請號:201510863825.0;申請人東華大學;發明人:孫賓,江曉澤等)
 
材料解析
 

 
磷酸鋯(α-ZrP)是一種類似蒙脫土(MMT)結構的陽離子層狀化合物,具有顯著的優點,如高的離子交換能力。長徑比可控、良好的熱穩定性和化學穩定性,常被用作無機填料制備聚合物/無機復合材料。
 
α-ZrP復合材料具有添加量少、全面提高聚合物性能、材料密度低、基本保持材料原有加工性能等優點,代表了今后復合材料的發展方向。

α-ZrP可以廣泛應用于高分子材料行業作為納米聚合物高分子材料的添加劑,提高阻燃、抗沖抗疲勞、尺寸穩定性及氣體阻隔性能等,從而起到增強聚合物綜合物理性能的作用,同時改善物料加工性能。


除此之外,有研究人士采用2wt.-%磷酸鋯復配科萊恩18wt.-%的含磷多元醇類反應型無鹵阻燃劑Exolit-OP 950解決了PET抗熔滴的需求,提高了PET的拉伸模量。同時阻燃性能可達(UL 94 V-0)。
 

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