[发明专利]具有阻燃性的聚酯无机纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有阻燃性的材料及制法，尤其是具有阻燃性的聚酯无机纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯由于其断裂强度和弹性模量高，热稳定性好，耐光、耐候性均佳，使之成为了一种用途广泛的热塑性高分子材料，如可用作纤维、工程塑料、包装材料等。然而，和大多数有机高分子材料一样，由于其氧指数只有20～22，故可燃性高，因而限制了其在阻燃材料领域中的应用。为了改变这一现状，常用的做法是在聚对苯二甲酸乙二醇酯中加入添加型的阻燃剂来进行共混改性。如在2005年3月2日公开的中国发明专利申请公开说明书CN 1587316A中披露的一种“聚对苯二甲酸乙二醇酯/纳米水滑石复合物的制备方法”。它意欲提供一种制备方法来得到具有更好力学、阻燃和阻隔等性能的PET材料；其中，制备方法是先在100份乙二醇中加入1～25份纳米水滑石，搅拌或超声预分散后加入155～180份对苯二甲酸和0.025～0.1份催化剂，在密闭反应器中，于100～150℃下搅拌混合0.5～5h，再将以上反应物料升温，酯化反应2～3h，之后，反应器泄压并抽真空至压力小于150Pa，在265～285℃下反应4～5h，出料，冷却得到水滑石分散尺寸小于100nm的聚对苯二甲酸乙二醇酯/纳米水滑石复合物。该制备方法虽简单易实现，纳米水滑石具有的层状结构以及大含量的羟基为复合物的阻燃性能提供了一定的基础；但却有着难以克服的缺陷，首先，对苯二甲酸的熔点较高，约在300℃以上，因此，在100～150℃的密闭反应器中使对苯二甲酸进入纳米水滑石的层状结构是较难实现的；其次，单一的纳米水滑石对于提高复合物的阻燃性能有一定的局限性。虽也有采用纳米氢氧化铝、纳米结构改性氢氧化铝或纳米氢氧化镁与微米氢氧化镁及辅助阻燃剂共混，并经表面改性，制备成复合阻燃剂，应用于聚酯等阻燃复合材料的，如在2004年10月13日公开的中国发明专利申请公开说明书CN 1536000A中披露的一种“用于高分子材料的纳米无机复合阻燃剂”，然而，该复合阻燃剂也有着不足之处，一是阻燃性能仍不尽人意；二是复合阻燃剂在阻燃复合材料中所占比例较大时，才能达到文献中公开的阻燃效果，这必然会影响阻燃复合材料的其它性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，提供一种由多种无机材料复配而成、且添加量少，制备简便的具有阻燃性的聚酯无机纳米复合材料及其制备方法。

具有阻燃性的聚酯无机纳米复合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与均匀分布在其中的无机纳米粒子，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与无机纳米粒子间的质量百分比为70～99％∶1～30％；(b)所说无机纳米粒子为二氧化硅、氢氧化镁和氢氧化锆，其相互间的质量比为1.5～2.5∶1.5～2.5∶1，且均呈单颗粒分散状态；(c)所说二氧化硅的粒径为9～100nm、氢氧化镁的粒径为≤2μm、氢氧化锆的粒径为≤2μm。

作为具有阻燃性的聚酯无机纳米复合材料的进一步改进，所述的聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯与无机纳米粒子间的质量百分比为85～99％∶1～15％。

具有阻燃性的聚酯无机纳米复合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)按所需化学配比称量二氧化硅、氢氧化镁和氢氧化锆无机纳米粒子的粉体或胶体或其前驱体以及乙二醇(HOCH₂CH₂OH)单体或丁二醇(HOCH₂CH₂CH₂CH₂OH)单体，将二氧化硅、氢氧化镁和氢氧化锆无机纳米粒子的粉体或胶体或其前驱体与乙二醇单体或丁二醇单体经超声或搅拌相混合得混合体；(b)向混合体中加入对苯二甲酸(HOOCC₆H₅COOH)单体以及相应的催化剂和助剂，并搅拌均匀得混合均匀体，其中，对苯二甲酸单体与乙二醇单体或丁二醇单体间的摩尔比为1∶1.05～1.7；(c)先将混合均匀体在搅拌下于压力为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，制得具有阻燃性的聚酯无机纳米复合材料。