CN108070083A - 一种阻燃聚酰胺树脂及其制备方法 - Google Patents
一种阻燃聚酰胺树脂及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于材料技术领域,涉及一种阻燃聚酰胺树脂及其制备方法,该阻燃聚酰胺树脂,其生产原料包括以下重量份的组分:脂肪族二元酸20‑65份,脂肪族二元胺20‑70份,含溴脂肪族二元酸2‑20份,封端剂0.2‑0.6份,催化剂0.01‑0.06份,去离子水30‑160份。本发明还公开了上述材料的制备方法。与现有技术相比,本发明制备的阻燃聚酰胺树脂的有卤阻燃剂与聚酰胺树脂的相容性好,使得产品的均一性明显改善,加入少量阻燃剂即可达到预期阻燃性能,降低生产成本的同时避免了阻燃剂加入过多对产品性能带来的影响,产品力学性能也得到明显改善。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域,涉及一种阻燃聚酰胺树脂及其制备方法。
背景技术
聚酰胺树脂是工程塑料发展最早的一个品种,从1939年开始,PA6、PA66、PA11、PA12、PA610、PA612、MXD6等各种尼龙相继问世,尼龙材料每年的产量超过130×104t,在工程塑料中占有重要的地位。由于其具有无毒、质轻、耐磨、耐腐蚀及机械性能好等特性,是性能优异、用途广泛的化工原料,广泛应用于机械、汽车、化工、仪表等工业领域中。
与聚酯等工程塑料相比,聚酰胺由于含有酰胺键,本身具有较好的阻燃性能,氧指数在24-28之间,但作为工程塑料阻燃材料用,其氧指数还是偏低,未达到Fv-0要求的34以上。
目前通用的方法是在加工改性过程中加入有卤阻燃剂,其中溴系阻燃剂应用最广,最常见的有十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯等,这些方法都是将聚酰胺树脂、有卤阻燃剂、协效阻燃剂(三氧化二锑居多)、玻纤以及各种助剂通过双螺杆挤出机熔融共混挤出。通过该方法可以灵活选择、调整阻燃剂用量、种类等,得到所需性能的产品。但由于通常所用的有卤阻燃剂与聚酰胺树脂的极性相差较大、与聚酰胺树脂相容性不是很好、最终产品力学性能受到影响,耐热性能也较差,而且常用的有卤阻燃剂通常为小分子,分解温度较低,使得共混加工温度也受到限制。此外,有卤阻燃剂与聚酰胺树脂较差的相容性还导致体系的熔体流动性变差,限制了玻纤等增强材料的添加量,也造成最终产品力学性能较低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种阻燃聚酰胺树脂,该聚酰胺树脂阻燃性能好且熔体流动性有所提高。
本发明的另一个目的是提供一种上述阻燃聚酰胺树脂的制备方法。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种阻燃聚酰胺树脂,其生产原料包括以下重量份的组分:
其中,所述脂肪族二元酸、脂肪族二元胺与含溴脂肪族二元酸的总重量份数为100份。
优选地,所述脂肪族二元酸为30-60份;
优选地,所述脂肪族二元胺为30-60份;
优选地,所述含溴脂肪族二元酸为5-15份;
优选地,所述封端剂为0.3-0.5份;
优选地,所述催化剂为0.02-0.05份;
优选地,所述去离子水为40-150份。
所述脂肪族二元酸选自丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、十三烷二酸中的一种以上;
优选地,所述脂肪族二元酸为己二酸、癸二酸。
所述脂肪族二元胺选自丁二胺、戊二胺、2-甲基戊二胺、己二胺、癸二胺、十二烷二胺中的一种以上;优选地,所述脂肪族二元胺为己二胺、癸二胺。
所述含溴脂肪族二元酸选自2,3-二溴己二酸,2,3-二溴丁二酸的一种以上。
所述封端剂选自苯甲酸、乙酸、丙酸中的一种或一种以上;优选地,所述封端剂为乙酸。
所述催化剂选自磷酸钠、磷酸镁、磷酸钙、亚磷酸钠、亚磷酸镁、亚磷酸钙,亚磷酸锌、次亚磷酸钠、次亚磷酸镁、次亚磷酸钙或次亚磷酸锌中的一种或一种以上;优选地,所述催化剂为次亚磷酸钠。
本发明还提供了一种上述阻燃聚酰胺树脂的制备方法,包括以下步骤:
(1)称取重量份为20-65份的脂肪族二元酸、20-70份的脂肪族二元胺,2-20份的含溴脂肪族二元酸、0.2-0.6份的封端剂、0.01-0.06份的催化剂及30-160份的去离子水加入到高压反应釜内,高压反应釜内抽真空后充入惰性气体置换该高压反应釜内的残余空气,置换完成后在高压反应釜内保留30-50kPa的惰性气体作为保护气;
(2)在搅拌条件下高压反应釜加热升温至80-150℃,恒温反应1-3小时,之后继续升温至180-240℃,待压力达到1-3Mpa并维持1h后开始通过释放高压反应釜内水分使该高压反应釜内处于恒压状态,同时温度继续升高至220-280℃时,然后将高压反应釜泄压至常压;
(3)向高压反应釜充入惰性气体后,出料。
所述步骤(1)和(3)中的惰性气体为氮气;步骤(1)中所述的置换次数为3-5次。
所述步骤(3)中惰性气体充入反应釜,至反应釜内压力达到0.5-1.0MPa。
本发明所得的产品通过缩聚反应将溴组分直接连接到聚酰胺树脂的分子链上,含溴二元酸作为二元酸的一部分直接参与聚酰胺的聚合过程中,成为组成聚酰胺分子链的结构单元,溴组分与二元酸结构单元通过共价键连接,与现有技术相比,具有如下优点:
第一、本发明所得产品通过缩聚反应将溴组分直接连接到聚酰胺树脂的分子链上,通过化学键相连,使得溴原子与聚酰胺树脂的相容性变好,避免出现相分离、相容性不好等问题,改善了最终产品的性能。
第二、本发明所得产品通过缩聚反应将溴直接连接到聚酰胺树脂的分子链上,溴原子在聚酰胺树脂或者最终加工改性产品体系中均匀分散,不存在团聚、分散不均匀的问题,从而使得产品的均一性明显改善,阻燃效果也大为提升,即加入较少量的溴组分,产品就可达到预期的阻燃性能,减少了阻燃剂的使用量,降低了产品生产成本,同时避免了阻燃剂加入过多对产品性能的影响,产品力学性能明显改善。
第三、本发明所得产品通过缩聚反应将溴直接连接到聚酰胺树脂的分子链上,与目前通用的加工改性工艺中加入有卤阻燃剂相比,溴组分与脂肪族二元酸结构单元通过共价键连接,形成均一体系,使得产品的结晶性能、耐热性能变好,热变形温度升高。
第四、本发明所得产品通过缩聚反应将溴直接连接到聚酰胺树脂的分子链上,二者之间通过化学键连接形成高分子聚合物,有别于共混加工常用的小分子阻燃剂,产品的分解温度明显升高,在后期的共混改性过程中,加工温度亦可随之升高,改善了共混改性工艺的灵活性。
第五、本发明所得产品通过缩聚反应将溴直接连接到聚酰胺树脂的分子链上,溴组分与聚酰胺树脂通过化学键形成均一体系,产品的流动性变好,在后期共混改性过程中可以极大地增加玻纤等第三组分的含量,从而改善产品力学性能,降低生产成本。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步说明,
对比例
称取56份己二酸、44份己二胺、0.25份乙酸、0.03份次亚磷酸钠、100份去离子水,并将以上组分加入到高压反应釜内,高压反应釜内抽真空后充入用氮气置换高压反应釜内的空气3次,并在釜内保留40KPa的氮气作为保护气;
搅拌条件下高压反应釜加热升温至100℃,恒温反应1.5小时,之后继续升温至220℃,待釜内压力达到2MPa后维持1h,之后开始释放反应釜内水分使反应釜内处于恒压状态,恒压升温1.5h,待反应釜内温度升至275℃时,将反应釜内压力泄压至常压,直至没有尾气逸出;向反应釜内充入氮气至压力达到0.7MPa,出料即得产品。
实施例1
称取52份己二酸、42份己二胺、6份二溴己二酸、0.25份乙酸、0.03份次亚磷酸钠、100份去离子水,并将以上组分加入到高压反应釜内,高压反应釜内抽真空后充入氮气置换高压反应釜内的空气3次,并在釜内保留40KPa的氮气作为保护气;
在搅拌条件下高压反应釜加热升温至100℃,恒温反应1.5h,之后继续升温至220℃,待釜内压力达到2MPa后维持1h,之后开始释放反应釜内水分使反应釜内压力保持在2MPa,恒压升温1.5h,待反应釜内温度升至275℃时,将反应釜内压力泄压至常压,直至没有尾气逸出;向反应釜内充入氮气至压力达到0.7Mpa,出料即得本实施例所述的阻燃聚酰胺树脂。
实施例2
称取51份己二酸、43份己二胺、6份二溴丁二酸、0.25份苯甲酸、0.03份次亚磷酸钠、100份去离子水,并将以上组分加入到高压反应釜内,高压反应釜内抽真空后充入氮气置换高压反应釜内的空气3次,并在釜内保留45KPa的氮气作为保护气;
在搅拌条件下高压反应釜加热升温至80℃,恒温反应3h,之后继续升温至230℃,待釜内压力达到2.5MPa后维持1h,之后开始释放反应釜内水分使反应釜内压力保持在2.5MPa,恒压升温1.5h,待反应釜内温度升至275℃时,将反应釜内压力泄压至常压,直至没有尾气逸出;向反应釜内充入氮气至压力达到0.8Mpa,出料即得本实施例所述的阻燃聚酰胺树脂。
实施例3
称取52份癸二酸、45份癸二胺、3份二溴己二酸、0.2份乙酸、0.04份次亚磷酸钠、120份去离子水,并将以上组分加入到高压反应釜内,高压反应釜内抽真空后充入氮气置换高压反应釜内的空气3次,并在釜内保留30KPa的氮气作为保护气;
在搅拌条件下高压反应釜加热升温至150℃,恒温反应1h,之后继续升温至180℃,待釜内压力达到1.0MPa后维持1h,之后开始释放反应釜内水分使反应釜内压力保持在1.0MPa,恒压升温1h,待反应釜内温度升至220℃时,将反应釜内压力泄压至常压,直至没有尾气逸出;向反应釜内充入氮气至压力达到1.0Mpa,出料即得本实施例所述的阻燃聚酰胺树脂。
实施例4
称取55份癸二酸、35份己二胺、6份二溴己二酸、4份二溴丁二酸、0.1份乙酸、0.1份丙酸、0.01份次亚磷酸钠、0.01份亚磷酸镁、150份去离子水,并将以上组分加入到高压反应釜内,高压反应釜内抽真空后充入氮气置换高压反应釜内的空气3次,并在釜内保留50KPa的氮气作为保护气;
在搅拌条件下高压反应釜加热升温至120℃,恒温反应1.5h,之后继续升温至200℃,待釜内压力达到1.5MPa后维持1h,之后开始释放反应釜内水分使反应釜内压力保持在1.5MPa,恒压升温2h,待反应釜内温度升至240℃时,将反应釜内压力泄压至常压,直至没有尾气逸出;向反应釜内充入氮气至压力达到0.6MPa,出料即得本实施例所述的阻燃聚酰胺树脂。
实施例5
称取64份癸二酸、30份丁二胺、6份二溴丁二酸、0.3份乙酸、0.03份次亚磷酸钠、90份去离子水,并将以上组分加入到高压反应釜内,高压反应釜内抽真空后充入氮气置换高压反应釜内的空气3次,并在釜内保留50KPa的氮气作为保护气;
在搅拌条件下高压反应釜加热升温至120℃,恒温反应1h,之后继续升温至200℃,待釜内压力达到1.5MPa后维持1h,之后开始释放反应釜内水分使反应釜内压力保持在1.5MPa,恒压升温2h,待反应釜内温度升至240℃时,将反应釜内压力泄压至常压,直至没有尾气逸出;向反应釜内充入氮气至压力达到0.6MPa,出料即得本实施例所述的阻燃聚酰胺树脂。
实施例6
称取36份丁二酸、62份十二烷二胺、1份二溴己二酸、0.3份乙酸、0.03份次亚磷酸钠、90份去离子水,并将以上组分加入到高压反应釜内,高压反应釜内抽真空后充入氮气置换高压反应釜内的空气3次,并在釜内保留50KPa的氮气作为保护气;
在搅拌条件下高压反应釜加热升温至120℃,恒温反应1h,之后继续升温至200℃,待釜内压力达到1.5MPa后维持1h,之后开始释放反应釜内水分使反应釜内压力保持在1.5MPa,恒压升温2h,待反应釜内温度升至240℃时,将反应釜内压力泄压至常压,直至没有尾气逸出;向反应釜内充入氮气至压力达到0.6MPa,出料即得本实施例所述的阻燃聚酰胺树脂。
实施例1-6及对比例的性能测试结果如表1。
表1
通过比较对比例和实施例1的聚合过程和测试数据可以得出,两者除了含溴脂肪族二元酸外,其余组分、用量、聚合工艺基本相同,所得产品结构也基本相同,所以两者具有相近的熔点,但实施例1的氧指数较对比实施例明显升高,说明在聚合过程中增加含溴脂肪族二元酸组分,确实可以改善产品的阻燃性能。通过比较其余实施例的聚合过程及测试结果还可知,产品的熔点与参与聚合的单元组分密切相关,通常二元酸、二元胺的碳原子数越多,熔点越低,反之亦然,如实施例3和实施例4比较,实施例4的二元胺为己二胺,较实施例3的癸二胺碳原子数少,因而产品的熔点也相应升高,原料中的含溴脂肪族二元酸,尤其是原料中溴元素含量对产品最终的氧指数起着决定性的作用。因而本发明通过加入含溴脂肪族二元酸组分,提高了聚酰胺树脂的氧指数,从而改善其最终产品的阻燃性能,对后期产品的改性生产及应用具有积极的影响。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种阻燃聚酰胺树脂,其特征在于:其生产原料包括以下重量份的组分:
其中,所述脂肪族二元酸、脂肪族二元胺与含溴脂肪族二元酸的总重量份数为100份。
2.根据权利要求1所述的阻燃聚酰胺树脂,其特征在于:优选地,所述脂肪族二元酸为30-60份;
优选地,所述脂肪族二元胺为30-60份;
优选地,所述含溴脂肪族二元酸为5-15份;
优选地,所述封端剂为0.3-0.5份;
优选地,所述催化剂为0.02-0.05份;
优选地,所述去离子水为40-150份。
3.根据权利要求1或2所述的阻燃聚酰胺树脂,其特征在于:所述脂肪族二元酸选自丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、十三烷二酸中的一种以上;
优选地,所述脂肪族二元酸为己二酸、癸二酸。
4.根据权利要求1或2所述的阻燃聚酰胺树脂,其特征在于:所述脂肪族二元胺选自丁二胺、戊二胺、2-甲基戊二胺、己二胺、癸二胺、十二烷二胺中的一种以上;
优选地,所述脂肪族二元胺为己二胺、癸二胺。
5.根据权利要求1或2所述的阻燃聚酰胺树脂,其特征在于:所述含溴脂肪族二元酸选自2,3-二溴己二酸,2,3-二溴丁二酸的一种以上。
6.根据权利要求1或2所述的阻燃聚酰胺树脂,其特征在于:所述封端剂选自苯甲酸、乙酸、丙酸中的一种或一种以上;
优选地,所述封端剂为乙酸。
7.根据权利要求1或2所述的阻燃聚酰胺树脂,其特征在于:所述催化剂选自磷酸钠、磷酸镁、磷酸钙、亚磷酸钠、亚磷酸镁、亚磷酸钙,亚磷酸锌、次亚磷酸钠、次亚磷酸镁、次亚磷酸钙或次亚磷酸锌中的一种或一种以上;
优选地,所述催化剂为次亚磷酸钠。
8.一种阻燃聚酰胺树脂的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)称取重量份为20-65份的脂肪族二元酸、20-70份的脂肪族二元胺,2-20份的含溴脂肪族二元酸、0.2-0.6份的封端剂、0.01-0.06份的催化剂及30-160份的去离子水加入到高压反应釜内,高压反应釜内抽真空后充入惰性气体置换该高压反应釜内的残余空气,置换完成后在高压反应釜内保留30-50kPa的惰性气体做作为保护气;
(2)在搅拌条件下高压反应釜加热升温至80-150℃,恒温反应1-3小时,之后继续升温至180-240℃,待压力达到1-3Mpa并维持1h后开始通过释放高压反应釜内水分使该高压反应釜内处于恒压状态,同时温度继续升高至220-280℃时,然后将高压反应釜泄压至常压;
(3)向高压反应釜充入惰性气体后,出料。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)和(3)中的惰性气体为氮气;
优选地,步骤(1)中所述的置换次数为3-5次。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中惰性气体充入反应釜,至反应釜内压力达到0.5-1.0MPa。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180525 |
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