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CN113201139A - 一种新型P-N-Si系阻燃抗熔滴剂、抗熔滴PA6材料及其各自的制备方法 - Google Patents

一种新型P-N-Si系阻燃抗熔滴剂、抗熔滴PA6材料及其各自的制备方法 Download PDF

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CN113201139A
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flame
novel
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范硕
张红霞
洪兴华
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Zhejiang University of Technology ZJUT
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Zhejiang University of Technology ZJUT
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    • C08G77/04—Polysiloxanes
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Abstract

本发明涉及一种新型P‑N‑Si系阻燃抗熔滴剂、抗熔滴PA6材料及其各自的制备方法。其中，新型P‑N‑Si系阻燃抗熔滴剂结构如通式I所示，即按摩尔重量计，采用10～20份的席夫碱基硅氧烷、5～10份的DOPO、5～10份的硅氧烷及60～80份的有机溶剂前后通过迈克尔加成及脱水缩合反应制得。随后，按重量分数计，将1～4份新型P‑N‑Si系阻燃抗熔滴剂与96～99份PA6材料进行熔融共混后，即得抗熔滴PA6材料。本发明所得抗熔滴PA6材料，具有释热量低、抗熔滴性能优良等优点。

Description

一种新型P-N-Si系阻燃抗熔滴剂、抗熔滴PA6材料及其各自的 制备方法
技术领域
本发明属于阻燃抗熔滴剂的制备及其应用领域，特别涉及一种新型P-N-Si系阻燃抗熔滴剂、抗熔滴PA6材料及其各自的制备方法。
背景技术
大数据显示，近年来因火灾而造成的人员伤亡及财产损失十分惨重，仅2018年全国接报火灾数约23.7万起，总伤亡人数高达2000余人，直接财产损失更是高达36.75亿元，而其中因高分子材料起火而导致的火灾比重居高不下。但是，随着社会的快速发展，高分子材料的应用范围几乎囊括了各个领域，尤其是PA6材料。PA6材料因其优异的综合性能，年产量始终位居合成纤维第二，但其易燃、易熔滴的属性也一定程度的限制了PA6在一些特殊领域的应用。因此，如何改善PA6这一缺点也早以成为国内外广大专家学者的重要研究方向之一。
目前，常见的PA6阻燃抗熔滴改性方式主要可分为共混、共聚及原位聚合改性等。其中，共混改性因其简单高效的工艺流程、低廉的生产成本以及易得的仪器设备，成为了研究最广泛的改性方法。然而，在共混改性领域，却始终面临着阻燃抗熔滴剂易迁移、渗出基体材料表面，与基体材料相容性差，添加量大，效率低等缺陷。因此，如何在保证基体材料获得良好阻燃抗熔滴效果的同时，降低阻燃抗熔滴剂的添加量、提升基体相容性始终是PA6阻燃抗熔滴改性研究领域的研究重点。
据文献调研可知，目前在阻燃抗熔滴PA6的研究领域，磷依旧为一种有效的阻燃抗熔滴元素，但是单一的元素早已无法满足市场日益增长的加工及使用要求。因此，硅、氮、磷多元素复配将是开发低添加量、高效率新型阻燃抗熔滴剂领域的研究关键。
发明内容
本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种新型P-N-Si系阻燃抗熔滴剂、抗熔滴PA6材料及其各自的制备方法，该技术方案所要解决的技术问题是如何改善阻燃剂与PA6基材相容性，降低阻燃剂添加量，提升阻燃及抗熔滴效果。
本发明的目的之一是通过以下技术方案得以实现的，一种新型P-N-Si系阻燃抗熔滴剂，其结构通式如下：
Figure BDA0002990905090000021
其中R1独立地选自氨乙基丙基或丙基；R2独立地选自乙氧基或苯基，R4独立地选自乙氧基或苯基，其波浪线代表重复的支化Si-O-Si链段。
本发明的目的之二是通过以下技术方案得以实现的，一种新型P-N-Si系阻燃抗熔滴剂的制备方法，按摩尔重量份数，首先将10～20份的席夫碱基硅氧烷、5～10份的DOPO及60～80份的有机溶剂在氮气条件下充分混合，在70～90℃条件下反应8～24h，进行迈克尔加成反应；随后，按摩尔重量份数，在氮气条件下，加入5～10份硅氧烷，升温至100～120℃，搅拌反应3～5h，经洗涤、过滤、干燥后即得P-N-Si系阻燃抗熔滴剂。
在上述的新型P-N-Si系阻燃抗熔滴剂的制备方法中，所述席夫碱基硅氧烷得结构通式为
Figure BDA0002990905090000031
其中R1独立地选自氨乙基丙基或丙基；硅氧烷的结构式为
Figure BDA0002990905090000032
其中R2选自乙氧基或苯基，R3选自乙氧基或羟基，R4选自乙氧基或苯基。
在上述的新型P-N-Si系阻燃抗熔滴剂的制备方法中，所述有机溶剂为乙醇。
本发明的目的之三是通过以下技术方案得以实现的，一种抗熔滴PA6材料，按重量份数，原料组分包括：100份PA6母粒和1～4份权利要求1所述的P-N-Si系阻燃抗熔滴剂。
本发明的目的之四是通过以下技术方案得以实现的，一种抗熔滴PA6材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按重量份数，将100份PA6母粒及1～4份P-N-Si系阻燃抗熔滴剂充分混合后，置入双螺杆挤出机中进行熔融混合造粒，即得抗熔滴PA6材料。
在上述的抗熔滴PA6材料的制备方法中，所述熔融混合造粒的程控温度：一区温度：200～240℃；二区温度200～240℃；三区温度220～270℃；四区温度220～270℃；五区温度220～270℃。
本发明中制得的新型P-N-Si系阻燃抗熔滴剂具有阻燃抗熔滴效果好的特点；采用其制成的抗熔滴PA6材料具有抗熔滴剂添加量低、抗熔滴性能优良、释热量低等特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1：
(1)按摩尔重量份数，首先将20份的席夫碱基硅氧烷Ⅰ、10份的DOPO及60份的乙醇在氮气条件下充分混合，在90℃条件下反应12h，进行迈克尔加成反应；随后，按摩尔重量份数，在氮气条件下，加入10份的二苯基硅醇，升温至100℃，搅拌反应5h，经洗涤、过滤、干燥后即得P-N-Si系阻燃抗熔滴剂Ⅰ，需要说明的是，采用的席夫碱基硅氧烷Ⅰ结构式为：
Figure BDA0002990905090000041
该P-N-Si系阻燃抗熔滴剂Ⅰ的结构式如下：
Figure BDA0002990905090000042
(2)按重量份数，将100份PA6母粒及2份P-N-Si系阻燃抗熔滴剂Ⅰ充分混合后，置入双螺杆挤出机中进行熔融混合造粒，即得抗熔滴PA6材料。程控温度：一区温度：220℃；二区温度220℃；三区温度250℃；四区温度250℃；五区温度250℃。所得抗熔滴PA6材料无熔滴，且热释放速率及总释热量相较于纯PA6分别降低了35.3％及32.5％。
实施例2：
(1)按摩尔重量份数，首先将20份的席夫碱基硅氧烷Ⅰ、5份的DOPO及70份的乙醇在氮气条件下充分混合，在80℃条件下反应24h，进行迈克尔加成反应；随后，按摩尔重量份数，在氮气条件下，加入5份苯基三乙氧基硅烷，升温至110℃，搅拌反应5h，经洗涤、过滤、干燥后即得P-N-Si系阻燃抗熔滴剂Ⅱ；需要说明的是，采用的席夫碱基硅氧烷Ⅰ结构式为：
Figure BDA0002990905090000051
该P-N-Si系阻燃抗熔滴剂Ⅱ的结构式如下：
Figure BDA0002990905090000052
(2)按重量份数，将100份PA6母粒及3份P-N-Si系阻燃抗熔滴剂Ⅱ充分混合后，置入双螺杆挤出机中进行熔融混合造粒，即得抗熔滴PA6材料。程控温度：一区温度：240℃；二区温度240℃；三区温度260℃；四区温度260℃；五区温度260℃。所得抗熔滴PA6材料无熔滴，热释放速率及总释热量相较于纯PA6分别降低了37.2％及33.5％。
实施例3：
(1)按摩尔重量份数，首先将20份的席夫碱基硅氧烷Ⅱ、5份的DOPO及70份的乙醇在氮气条件下充分混合，在90℃条件下反应16h，进行迈克尔加成反应；随后，按摩尔重量份数，在氮气条件下，加入5份正硅酸乙酯，升温至120℃，搅拌反应4h，经洗涤、过滤、干燥后即得P-N-Si系阻燃抗熔滴剂Ⅲ；需要说明的是，采用的席夫碱基硅氧烷Ⅱ结构式为：
Figure BDA0002990905090000061
该P-N-Si系阻燃抗熔滴剂Ⅲ的结构式如下：
Figure BDA0002990905090000062
(2)按重量份数，将100份PA6母粒及4份P-N-Si系阻燃抗熔滴剂Ⅲ充分混合后，置入双螺杆挤出机中进行熔融混合造粒，即得抗熔滴PA6材料。程控温度：一区温度：230℃；二区温度230℃；三区温度250℃；四区温度250℃；五区温度250℃。所得抗熔滴PA6材料无熔滴，且热释放速率及总释热量相较于纯PA6分别降低了29.1％及25.3％。
本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种新型P-N-Si系阻燃抗熔滴剂，其特征在于，所述新型P-N-Si系阻燃抗熔滴剂的结构通式如下：
Figure FDA0002990905080000011
其中R1独立地选自氨乙基丙基或丙基；R2独立地选自乙氧基或苯基，R4独立地选自乙氧基或苯基，其波浪线代表重复的支化Si-O-Si链段。
2.一种新型P-N-Si系阻燃抗熔滴剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按摩尔重量份数，首先将10～20份的席夫碱基硅氧烷、5～10份的DOPO及60～80份的有机溶剂在氮气条件下充分混合，在70～90℃条件下反应8～24h，进行迈克尔加成反应；随后，按摩尔重量份数，在氮气条件下，加入5～10份硅氧烷，升温至100～120℃，搅拌反应3～5h，经洗涤、过滤、干燥后即得P-N-Si系阻燃抗熔滴剂。
3.根据权利要求2所述的一种新型P-N-Si系阻燃抗熔滴剂的制备方法，其特征在于，所述席夫碱基硅氧烷得结构通式为
Figure FDA0002990905080000012
其中R1独立地选自氨乙基丙基或丙基；硅氧烷的结构式为
Figure FDA0002990905080000013
其中R2选自乙氧基或苯基，R3选自乙氧基或羟基，R4选自乙氧基或苯基。
4.根据权利要求2或3所述的一种新型P-N-Si系阻燃抗熔滴剂的制备方法，其特征在于，有机溶剂为乙醇。
5.一种抗熔滴PA6材料，其特征在于，按重量份数，原料组分包括：100份PA6母粒和1～4份权利要求1所述的P-N-Si系阻燃抗熔滴剂。
6.一种抗熔滴PA6材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按重量份数，将100份PA6母粒及1～4份P-N-Si系阻燃抗熔滴剂充分混合后，置入双螺杆挤出机中进行熔融混合造粒，即得抗熔滴PA6材料。
7.根据权利要求6所述的一种抗熔滴PA6材料的制备方法，其特征在于，所述熔融混合造粒的程控温度：一区温度：200～240℃；二区温度200～240℃；三区温度220～270℃；四区温度220～270℃；五区温度220～270℃。
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