[发明专利]含有路易斯酸的共聚聚酯阻燃材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阻燃材料及制法，尤其是含有路易斯(Lewis)酸的共聚聚酯阻燃材料及其制备方法。

背景技术

具有高模量、高强度、高弹性、保形性和耐热性等优点的聚酯已成为一种用途广泛的热塑性高分子材料，然而，和大多数有机高分子材料一样，因其可燃性高，限制了应用的范围。为了改变这一现状，人们常在聚酯中添加阻燃剂来力图对其燃烧时进行遮盖，以利用燃烧时的成炭阻挡氧气以及热量的向内扩散和低分子分解产物的向外扩散，从而达到阻燃的目的。如在2003年2月12日公开的中国发明专利申请公开说明书CN 1396206A中披露的一种“含磷阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯/层状硅酸盐纳米复合材料及其制备方法和用途”。它意欲提供一种力学性能有明显提高、阻燃性能满足实用性要求、大幅度减缓熔融滴落的含磷阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯/层状硅酸盐纳米复合材料及该材料的制备方法和用途。其中，层状硅酸盐纳米复合材料由对苯二甲酸二甲酯或对苯二甲酸、乙二醇、层状硅酸盐、反应型含磷阻燃剂、插层剂、分散介质和催化剂组成；制备方法为将前述的原料按配方组分分别称量后，先将层状硅酸盐加入分散介质中高速搅拌，形成稳定的悬浮体，再将插层剂或插层剂及质子化剂加入升温至60～80℃并充分搅拌，过滤后将沉淀物水洗2～3次离心甩干，之后加入对苯二甲酸二甲酯和乙二醇，再次充分搅拌混合均匀，升温至160～230℃进行酯交换反应2.5～4h，然后加入反应型含磷阻燃剂、催化剂混合均匀，在245～275℃、压力60pa以下，聚合2～3h制得层状硅酸盐纳米复合材料；该层状硅酸盐纳米复合材料可用于制备阻燃塑料制品和阻燃纤维的原料。但是，不论这种层状硅酸盐纳米复合材料，还是其制备方法，均有着缺憾之处，首先，复合材料虽能在燃烧时增加成炭性，却是通过在聚酯中添加了大量的无机阻燃材料后方达到阻燃目的的，这难免会降低聚酯自身原有的综合性能；其次，制备方法中使用的原料和工艺步骤均较多，致使制备的过程较繁杂，难以降低生产成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种具有一定支链和交联度、且在燃烧过程中自行大量成炭和无熔滴的，制备方便的含有路易斯酸的共聚聚酯阻燃材料及其制备方法。

含有路易斯酸的共聚聚酯阻燃材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯，特别是(a)所说聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯的反应单体与一种或多种共聚单体共聚后产生的共聚物；(b)所说共聚物中均匀分布有一种或多种路易斯酸。

作为含有路易斯酸的共聚聚酯阻燃材料的进一步改进，所述的共聚单体为三元及三元以上的多元醇或三元及三元以上的多元酸或其酸酐或羟基二元酸或羧基二元醇；所述的三元及三元以上的多元醇为甘油或季戊四醇或木糖醇或山梨醇；所述的三元及三元以上的多元酸或其酸酐为丁四烷四羧酸或丙三酸或丙烯三甲酸或苯六酸或环戊烷四羧酸或偏苯三甲酸单酐或均苯四甲酸二酐；所述的羟基二元酸或羧基二元醇为柠檬酸或没食子酸或均二羟基苯甲酸；所述的路易斯酸为氯化锌或氯化铝或氯化锗或氯化锡或氯化铁或氯化镍或氯化镁或氯化铜。

含有路易斯酸的共聚聚酯阻燃材料的制备方法包括聚酯合成法，特别是它是按以下步骤完成的：(a)将对苯二甲酸单体与乙二醇单体或丁二醇单体搅拌混合均匀得混合物，两者间的摩尔比为1∶1.05～1.7；(b)向混合物中加入一种或多种共聚单体和一种或多种路易斯酸以及相应的酯化及缩聚催化剂和助剂，并搅拌均匀得混合均匀物，其中，共聚单体的加入量为使羧基和羟基间的摩尔比为1∶1.05～1.7，路易斯酸的加入量为制得的共聚聚酯质量百分数的0.01～30％；(c)先将混合均匀物在搅拌下于压力为2～3kg/cm²的氮气氛下在250～260℃中酯化反应2～3h，再将其于常压下排出多余的水，之后将其依次在搅拌下置于真空度为≤700Pa的氮气氛下在265～275℃中反应0.5～1.5h、真空度为≤70Pa的氮气氛下在265～275℃中反应2～3h，搅拌至粘度达标，制得含有路易斯酸的共聚聚酯阻燃材料。