阻燃扩链聚对苯二甲酸丁二醇酯组合物及其制备方法

摘要

本发明公开了一种阻燃扩链聚对苯二甲酸丁二醇酯组合物及其制备方法，该组合物按质量百分比计，原料配方组分组成如下：85％～90％聚对苯二甲酸丁二醇酯、9％～12％二乙基次膦酸铝、0.4％～3％侧基带环氧基聚硅氧烷、0.3％～0.7％加工助剂；加工助剂为抗氧剂和抗滴落剂；本发明采用的侧基带环氧基聚硅氧烷与二乙基次膦酸铝对PBT有明显的阻燃协效作用，阻燃性能达到UL94V-01.6mm时，可使二乙基次膦酸铝用量降低约20％，阻燃剂总用量降低约12％。在达到相同阻燃等级的前提下，本发明组合物的力学性能有较大提高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种阻燃扩链聚对苯二甲酸丁二醇酯组合物，属高分子材料改 性技术领域。

背景技术

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是一种热塑性半结晶型树脂，具有优异的力 学、电学、耐化学腐蚀、易成型及低吸湿等性能，是一种综合性能优良的工程 塑料，在电子电气、汽车工业、机械仪表、通信设备和灯具元件等领域中得到 广泛的应用。但PBT本身易于燃烧，燃烧时会释放出大量的热，并伴有大量浓 烟和有毒气体，因此对PBT进行阻燃改性特别是环保阻燃改性，降低其潜在的 火灾危险性，一直是PBT应用领域急需解决的重大问题。含磷阻燃剂或磷-氮 阻燃剂对PBT具有一定的阻燃作用，特别是次膦酸铝盐的阻燃效果尤为突出， 用量远低于除红磷以外的其他阻燃剂，且与其它磷系阻燃剂在玻纤增强PBT 阻燃复合材料方面表现出较好的协效作用。中国发明专利ZL200810089638.1 公开了一种高机械性能无卤阻燃PBT复合材料的制备方法及复合材料，该专利 采用经过高温处理的次膦酸盐和三聚氰胺磷酸盐复配阻燃PBT，阻燃剂总添加 质量百分比为25％，阻燃等级达到UL94V-00.8mm。二乙基次膦酸铝具有密 度较低、色泽较佳、CTI值较高(可达600V)及热稳定性较高(分解温度＞350℃) 等优点，其阻燃未增强PBT，在质量用量为13％时，可使PBT阻燃等级达到 UL94V-01.6mm，但在该用量下PBT各力学性能如拉伸强度、弯曲强度、缺 口冲击强度等均出现较大程度的下降，且下降程度与用量直接相关，用量越大， 对力学性能的影响越明显；另外，二乙基次膦酸铝目前价格十分昂贵，在此用 量下阻燃成本十分高，成为其获得实际应用的重大阻碍，因此降低其用量对其 力学性能的保持以及获得实际应用具有十分重要的意义。

发明内容

本发明针对现有二乙基次膦酸铝阻燃PBT存在的不足，提供一种阻燃性能 达到较高等级的前提下力学性能保持在较高水平的阻燃扩链聚对苯二甲酸丁 二醇酯组合物。

对苯二甲酸丁二醇酯的机械性能与其分子量有很大的关系，分子量越大， 其力学性能如拉伸强度、缺口冲击强度等越高。在二乙基次膦酸铝阻燃PBT 体系中，由于次膦酸铝盐吸水性强，在加工过程中导致PBT水解，分子量降低， 从而力学性能下降。通过化学扩链方法，即加入能与端基反应的具有较大活性 的双或多官能团物质，可在挤出的同时实现分子量的增加产生增粘作用，从而 保持PBT较高的力学性能。有机聚硅氧烷主链由Si-O-Si键构成，具有良好的 耐高低温性、阻燃性、耐候性等，侧基带环氧基的聚硅氧烷耐热氧稳定性好， 可在较高的加工温度下使用，且环氧基团反应活性较高，能与PBT分子链上的 羟基、羧基等反应扩链，将其与二乙基次膦酸铝复配用于PBT体系的阻燃具有 阻燃协效和扩链增粘双重作用。

本发明采用侧基带环氧基聚硅氧烷与二乙基次膦酸铝复配提高阻燃性能， 同时利用其所带环氧基团与PBT端基的扩链反应增粘，使PBT阻燃性能达到较 高等级的前提下力学性能保持在较高的水平。

为了实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种阻燃扩链聚对苯二甲酸丁二醇酯组合物，按质量百分比计，其原料配 方组分组成如下：85％～90％聚对苯二甲酸丁二醇酯、9％～12％二乙基次膦酸 铝、0.4％～3％侧基带环氧基聚硅氧烷、0.3％～0.7％加工助剂；

所述二乙基次膦酸铝结构式为

所述侧基带环氧基聚硅氧烷包含甲基苯基硅氧结构单元和侧基带环氧基 硅氧结构单元，结构通式(1)为：

其中m、n分别表示两种结构单元组成份数，m＝0.5～0.75，n＝0.5～0.25， m+n＝1，数均分子量为1100～2500；

所述的加工助剂为抗氧剂和抗滴落剂；所述抗氧剂为酚类抗氧剂和/或亚 磷酸酯类抗氧剂；抗滴落剂为聚四氟乙烯或苯乙烯-丙烯腈共聚物包覆聚四氟 乙烯。

进一步地，所述酚类抗氧剂优选为四(β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季 戊四醇酯或β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯。

所述亚磷酸酯类抗氧剂有为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯或双(2，4-二叔 丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯。

按质量百分比计，原料中所述聚对苯二甲酸丁二醇酯优选占配方原料的 86.9％～88.1％。

所述阻燃扩链聚对苯二甲酸丁二醇酯组合物的制备方法，其特征在于，按 原料配方组分组成，将聚对苯二甲酸丁二醇酯、二乙基次膦酸铝、侧基带环氧 基聚硅氧烷和加工助剂分散混合，通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、 切粒和干燥，制得阻燃扩链聚对苯二甲酸丁二醇酯组合物。

所述双螺杆挤出机的螺筒各分区温度为：第一区：160℃，第二区：225℃， 第三区：230℃，第四区：230℃，第五区：230℃，第六区：230℃，第七区： 230℃，第八区：230℃，第九区：230℃，机头：225℃，喂料速度为25r/min， 主机转速为150r/min。

本发明所使用的二乙基次膦酸铝一方面因磷的含量高而充分发挥着磷系 阻燃剂的阻燃特征，同时在凝聚相和气相起阻燃作用；另外，二乙基次膦酸铝 结构中缺少P-O-C键，这有助于水解稳定性，且金属阳离子的存在可防止阻燃 剂挥发损失和污染环境。本发明中所采用的侧基带环氧基聚硅氧烷能够增强二 乙基次膦酸铝在凝聚相方面的阻燃作用，促进材料残炭的进一步增加，从而发 挥协效阻燃作用；同时侧基带环氧基聚硅氧烷所带环氧基团能够与PBT端基发 生反应，起到扩链增粘改善材料力学性能的作用。

本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：

1、本发明采用的侧基带环氧基聚硅氧烷与二乙基次膦酸铝对PBT有明显 的阻燃协效作用，阻燃性能达到UL94V-01.6mm时，可使二乙基次膦酸铝 用量降低约20％，阻燃剂总用量降低约12％。

2、相对于单独采用二乙基次膦酸铝阻燃的PBT体系，在达到相同阻燃等 级的前提下，本发明组合物的力学性能有较大提高。阻燃等级达到UL94V-0 1.6mm时，组合物拉伸强度从单独二乙基次膦酸铝阻燃PBT的42.2MPa增 加到54.7MPa，提高约30％，基本保持纯PBT的拉伸强度；弯曲强度从73.9MPa 增加到93.2M Pa，提高26％，高于纯PBT的弯曲强度；缺口冲击强度则从42.6J/m 增加到44.6J/m。

具体实施方式

以下结合具体实施例来对本发明作进一步说明，但本发明所要求保护的范 围并不局限于实施例所表述的范围。

本发明所用PBT为长春化工(江苏)有限公司产品，牌号1100-211M；侧 基带环氧基聚硅氧烷是参照专利201110252005.×中实施例3的方法合成，以γ- 氯丙基甲基二甲氧基硅烷、苯基甲基二乙氧基硅烷为硅烷单体，固定γ-氯丙基 甲基二甲氧基硅烷与苯基甲基二乙氧基硅烷的摩尔比为1∶2，通过改变六甲 基二硅氧烷封端剂的摩尔用量为苯基甲基二乙氧基硅烷与苯基甲基二乙氧基 硅烷总摩尔数的1/4、1/5、1/8、1/10，分别合成4种结构通式(1)中侧基带 环氧基聚硅氧烷，记为PPM1、PPM2、PPM3、PPM4，其在结构通式(1)中 的m均为0.67、n为0.33，采用GPC方法测得系列侧基带环氧基聚硅氧烷数 均分子量分别为1210、1380、2020、2500；固定γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷 与苯基甲基二乙氧基硅烷的摩尔比为1∶3或1∶1，六甲基二硅氧烷封端剂的 摩尔用量为苯基甲基二乙氧基硅烷与苯基甲基二乙氧基硅烷总摩尔数的1/5， 合成两种侧基带环氧基聚硅氧烷，记为PPM5和PPM6，其在结构通式(1)中 的m为0.75和0.5(对应的n为0.25和0.5)，采用GPC方法测得数均分子量 分别为1100和1560。

抗滴落剂采用大金工业株式会社产品，牌号为FA-500和Ts-AD001，FA-500 为纯聚四氟乙烯(PTFE)白色粉末，TS-AD001则为苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN) 包覆聚四氟乙烯，PTFE质量含量为48％～52％。

抗氧剂为酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂，酚类抗氧剂为四(β-(3，5-二 叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯(牌号：抗氧剂1010)、β-(4-羟基苯基-3，5- 二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯(牌号：抗氧剂1076)；亚磷酸酯类抗氧剂有亚磷 酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯(牌号：抗氧剂168)、双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四 醇二亚磷酸酯(牌号：抗氧剂626)；抗氧剂1010与抗氧剂168以1∶2的质量比 复合配制的抗氧剂(牌号：抗氧剂B215)、抗氧剂1010与抗氧剂168以1∶1 的质量比复合配制的抗氧剂(牌号：抗氧剂B225)。

实施例1：

控制总量为1000g，按质量百分比(记为wt％)，将87.5wt％PBT、9wt％ 二乙基次膦酸铝、3wt％侧基带环氧基聚硅氧烷(PPM1)、0.2wt％抗氧剂B215 和0.3wt％抗滴落剂FA-500加入到高速搅拌机中，常温搅拌混合均匀后，所得 预混料通过双螺杆挤出机熔融、混炼、挤出、冷却、切粒和干燥。所用的双螺 杆挤出机型号为LTE26/40(德国LabTech公司)，螺筒各分区温度为：第一区： 160℃，第二区：225℃，第三区：230℃，第四区：230℃，第五区：230℃， 第六区：230℃，第七区：230℃，第八区：230℃，第九区：230℃，机头：225℃， 喂料速度：25r/min，主机转速：150r/min。所制备的粒料按标准尺寸注塑成测 试用的标准样条，力学性能与阻燃性能分别按ASTM国际标准进行测试。

改变各原料的配比，按照实施例1的方法制备本发明的实施例2～7。实施 例1～7的原料配方与组合物性能如表1和表2，且将所得样条性能与纯PBT以 及二乙基次膦酸铝单独阻燃PBT共混物(对比例1)进行比较。

表1、对比例和实施例1～3的原料配方与组合物性能

表2、实施例4～7的原料配方与组合物性能

从表1、表2中实施例1～7可以看出，侧基带环氧基聚硅氧烷与二乙基次 膦酸铝复配阻燃PBT组合物达到UL-94V-01.6mm的总用量均低于单独采用 二乙基次膦酸铝阻燃所需的13wt％，且力学性能明显改善。在实施例3中0.6 wt％侧基带环氧基聚硅氧烷与11wt％二乙基次膦酸铝复配，所得PBT组合物阻 燃等级达到UL94V-01.6mm，拉伸强度从单独二乙基次膦酸铝阻燃PBT(对比 例1)的42.2MPa增加到54.7MPa，提高约30％，基本保持纯PBT的拉伸强度； 弯曲强度从73.9MPa增加到93.2MPa，提高26％，高于纯PBT的弯曲强度；缺 口冲击强度则从42.6J/m增加到44.6J/m，仅断裂伸长率有所降低。本发明提供 的阻燃扩链聚对苯二甲酸丁二醇酯组合物同时具有良好阻燃性能与机械性能。