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一种含PN多元素反应型尼龙66阻燃剂及其制备方法

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     1.一种含P/N多元素反应型尼龙66阻燃剂,其特征在于,所述阻燃剂具有如下结构:...

  

一种含PN多元素反应型尼龙66阻燃剂及其制备方法

  1.一种含P/N多元素反应型尼龙66阻燃剂,其特征在于,所述阻燃剂具有如下结构:

  2.权利要求1所述的含P/N多元素反应型尼龙66阻燃剂的制备方法,其特征在于,包括

  第一步:在惰性气体保护下,以三乙胺为缚酸剂,亚磷酸三甲酯或亚磷酸三苯酯和三聚

  氯氰反应,生成2‑(二甲基磷酸酯)‑4,6氯‑均三嗪或2‑(二苯基磷酸酯)‑4,6氯‑均三嗪;

  第二步:在惰性气体保护下,以去离子水作溶剂,β‑丙氨酸与第一步反应生成的2‑(二

  甲基磷酸酯)‑4,6氯‑均三嗪或2‑(二苯基磷酸酯)‑4,6氯‑均三嗪反应,后处理得到含P/N多

  所述的第一步中,亚磷酸三甲酯或亚磷酸三苯酯和三聚氯氰的摩尔比为(1~1.1):1,

  三聚氯氰和三乙胺的摩尔比为1:(1~1.05),反应温度为0~10℃,反应时间为2~4h。

  所述的第二步中,2‑(二甲基磷酸酯)‑4,6氯‑均三嗪或2‑(二苯基磷酸酯)‑4,6氯‑均三

  嗪与β‑丙氨酸的摩尔比为1:(2~2.1),反应温度为75~95℃,反应时间为7~9h。

  6.一种阻燃尼龙66树脂,其特征在于,由质量比100:100:5:0.5的尼龙66盐、去离子水、

  质量分数50%阻燃盐溶液、助剂双季戊四醇聚合而成;阻燃盐是由权利要求1所述的阻燃剂

  与己二胺在反应温度50℃条件下,按摩尔比1:1.05在去离子水中反应1.5h后制得。

  7.权利要求6所述的阻燃尼龙66树脂的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:

  首先将质量分数50%的尼龙66盐溶液加入高压反应釜中,用氮气置换反应釜中空气三

  次,在温度200℃,压力保持1.5MPa,反应1.6h,然后加入质量分数50%的阻燃盐溶液和助剂

  双季戊四醇溶液,然后开始减压至常压状态,接着升温至260℃,反应2h,最后抽线h,切粒备用。

  本发明属于尼龙66阻燃剂领域,尤其涉及一种新型含P/N多元素反应型尼龙66阻

  尼龙66是己二酸和己二胺先发生成盐反应,然后盐液在适当条件下发生聚合反应

  形成的聚合物,具有优良的力学性能、化学稳定性以及机械性能等特点,广泛应用在航天航

  空、汽车、电子电器等领域。然而,尼龙66存在可燃性,燃烧时有熔滴产生以及热释放量大等

  问题,这些现象容易造成二次伤害,对人民的生命和财产安全造成严重危害,限制了其在许

  多领域的应用。因此,尼龙66的阻燃改性是提高其应用范围的有效方法,具有重要的研究价

  含散热/吸热作用、稀释作用和阻隔保护作用;化学作用的原理主要包括自由基捕获、阻隔

  保护层的形成等。尽管不同阻燃剂具有不同的阻燃机理,它们都能延缓甚至终止材料燃烧

  时某一个或某几个阶段,从而抑制材料燃烧。例如用DDP和3‑HPP的羧基通过缩聚反应将其

  引入到尼龙分子链上,从而制备出阻燃尼龙。相关研究结果表明:通过共聚反应制备的阻燃

  尼龙阻燃等级可以达到UL94 V‑0级,材料的极限氧指数(LOI)为35.6%,在垂直燃烧测试中

  加入也降低了材料的热稳定性能,并且影响材料的力学性能(J.Mater.Chem.A2014,2,

  16230‑16241)。研究表明,目前很多阻燃剂虽然能够较好解决尼龙66可燃的问题,但是关于

  申请公布号为CN 111423579 A的发明专利申请,公开了一种阻燃尼龙树脂,由尼

  龙66盐、去离子水和阻燃盐聚合而成;阻燃盐是由阻燃剂2‑(二甲基磷酸酯)‑4,6(乳酸)‑三

  嗪环与己二胺制备而成,其中的阻燃剂不会对尼龙的机械性能产生负面影响,还可以在阻

  燃剂添加很少的情况下使得尼龙具有很好的阻燃效果。不过,该发明专利申请中的阻燃剂

  虽然不会降低尼龙的机械性能,但其参与制备的阻燃尼龙66树脂有明显的熔滴现象,成炭

  为了实现尼龙66阻燃剂在可以兼顾尼龙66机械性能和热稳定性的同时,还能进一

  步提升尼龙66的抗熔滴效果,本发明提出了一种含P/N多元素反应型尼龙66阻燃剂及其制

  本发明的目的之一是提供一种含P/N多元素反应型尼龙66阻燃剂,所述阻燃剂具

  本发明的目的之二是提供所述含P/N多元素反应型尼龙66阻燃剂的制备方法,该

  方法是:在惰性气体保护下,以亚磷酸三甲酯或亚磷酸三苯酯、三聚氯氰和β‑丙氨酸为主要

  第一步:在惰性气体保护下,以三乙胺为缚酸剂,亚磷酸三甲酯或亚磷酸三苯酯和

  三聚氯氰反应,生成2‑(二甲基磷酸酯)‑4,6氯‑均三嗪或2‑(二苯基磷酸酯)‑4,6氯‑均三

  第二步:在惰性气体保护下,以去离子水作溶剂,β‑丙氨酸与第一步反应生成的2‑

  (二甲基磷酸酯)‑4,6氯‑均三嗪或2‑(二苯基磷酸酯)‑4,6氯‑均三嗪反应,后处理得到含P/

  比为(1~1.1):1,三聚氯氰和三乙胺的摩尔比为1:(1~1.05),反应温度为0~10℃,反应时

  进一步的,上述第二步反应中,2‑(二甲基磷酸酯)‑4,6氯‑均三嗪或2‑(二苯基磷

  酸酯)‑4,6氯‑均三嗪与β‑丙氨酸的摩尔比为1:(2~2.1),反应温度为75~95℃,反应时间

  一种阻燃尼龙66树脂,由质量比100:100:5:0.5的尼龙66盐、去离子水、质量分数

  其中,阻燃盐是由阻燃剂与己二胺在反应温度50℃条件下,按摩尔比1:1 .05在去

  首先将质量分数50%的尼龙66盐溶液加入高压反应釜中,用氮气置换反应釜中空

  气三次,在温度200℃,压力保持1.5MPa,反应1.6h,然后加入质量分数50%的阻燃盐和助剂

  双季戊四醇溶液,然后开始减压至常压状态,接着升温至260℃,反应2h,最后抽线h,切粒备用。其中,质量分数50%的尼龙66盐溶液是由尼龙66盐和去离子水制备而成。

  (1)本发明以亚磷酸三甲酯或亚磷酸三苯酯、三聚氯氰和β‑丙氨酸为主要原料,首

  先是亚磷酸三甲酯或亚磷酸三苯酯受到卤代烃的影响发生了米歇尔‑尔布佐夫重排,与三

  聚氯氰发生取代反应,生成2‑(二甲基磷酸酯)‑4,6氯‑均三嗪或2‑(二苯基磷酸酯)‑4,6氯‑

  均三嗪,再将其与β‑丙氨酸进一步发生取代反应,合成一种含P/N多元素反应型尼龙66阻燃

  剂,该制备方法具有原料来源广泛,制备工艺简单,反应条件易控,操作方便等优点。

  (2)本发明制备所得阻燃剂既含有‑COOH结构,可以与尼龙66分子链上的‑NH

  聚合反应,属于反应型阻燃剂,有利于提高与尼龙66的相容性和结合能力,进而提高尼龙66

  的性能;同时阻燃剂又含有三嗪环结构和磷元素,可以实现P/N多元素的协效阻燃作用,使

  改性尼龙66具有良好的阻燃效果,力学性能和热稳定性能,从而满足航空航天、汽车、电子

  图1为实施例1所制备阻燃尼龙66树脂在氮气条件下的TG曲线树脂在氮气条件下的TG曲线制备的阻燃尼龙66树脂燃烧对比试验

  图4为质量分数为30%、40%、50%、60%、70%的阻燃盐溶液参与制备的阻燃尼龙

  在氮气保护下,将三聚氯氰(20mmol)加入三口烧瓶中,向三口烧瓶中加入丙酮

  (30mmol)和三乙胺(20mmol),在5℃的水浴中搅拌0.5h,然后通过恒压漏斗加入亚磷酸三甲

  酯(21mmol)和丙酮(5ml)的混合溶液,滴加完成后在该温度下继续反应2h,反应结束后,抽

  滤除去三乙胺的盐酸盐,收集滤液并旋转蒸发除去溶剂得到2‑(二甲基磷酸酯)‑4,6氯‑均

  三嗪5.35g(含少量丙酮)。接着将中间体2‑(二甲基磷酸酯)‑4,6氯‑均三嗪加入到三口烧瓶

  中,加入去离子水搅拌0.5h,调整反应体系温度为80℃,接着通过恒压滴液漏斗加入β‑丙氨

  酸的水溶液(2.7mmol/ml,15ml),滴加完后反应7h,反应过程中通过加入三乙胺使反应体系

  pH维持在7.8左右。反应结束后抽滤、洗涤得到含P/N多元素反应型尼龙66阻燃剂,该阻燃剂

  用合成的阻燃剂与尼龙66盐液共聚制备出阻燃尼龙66树脂(制备方法与对比例2

  的质量保留率为5.8%;极限氧指数达到29.5%,且通过UL‑94的V‑0等级;拉伸强度和冲击

  强度分别为39.3MPa和6.3MPa,具有优异的阻燃、热稳定和力学性能。

  在氮气保护下,将三聚氯氰(20mmol)加入三口烧瓶中,向三口烧瓶中加入丙酮

  (30mmol)和三乙胺(20mmol),在5℃的水浴中搅拌0.5h,然后通过恒压漏斗加入亚磷酸三苯

  酯(20mmol)和丙酮(5ml)的混合溶液,滴加完成后在该温度下继续反应4h,反应结束后,抽

  滤除去三乙胺的盐酸盐,收集滤液并旋转蒸发除去溶剂得到2‑(二苯基磷酸酯)‑4,6氯‑均

  三嗪7.61g(含少量丙酮溶液)。接着将中间体2‑(二苯基磷酸酯)‑4,6氯‑均三嗪加入到三口

  烧瓶中,加入去离子水搅拌0.5h,调整反应体系温度为90℃,接着通过恒压滴液漏斗加入β‑

  丙氨酸的水溶液(2.7mmol/ml,15ml),滴加完后反应10h,反应过程中通过加入三乙胺使反

  应体系pH维持在7.8左右。反应结束后抽滤、洗涤得到含P/N多元素反应型尼龙66阻燃剂,该

  用合成的阻燃剂与尼龙66盐液共聚制备出阻燃尼龙66树脂(制备方法详见对比例

  )和最大热失重速率(Tdmax)对应的温度分别为325.1℃和420.3℃,600℃的

  质量保留率为6.8%;极限氧指数达到28.0%,且通过UL‑94的V‑0等级;拉伸强度和冲击强

  度分别为38.6MPa和6.0MPa,具有优异的阻燃、热稳定和力学性能。

  首先将阻燃剂与己二胺按摩尔比1:1 .05在去离子水中反应1 .5h,反应温度50℃,

  配置成质量分数为30%、40%、50%、60%、70%的阻燃盐溶液备用,然后分别与尼龙66盐溶

  液共聚制备出阻燃剂添加量为5%的阻燃尼龙66树脂(制备方法详见对比例2)。分别测出5

  种质量分数的阻燃盐溶液参与制备的阻燃尼龙66树脂的分子量,结果如图4所示。结果表

  明,阻燃盐溶液浓度过低或过高会导致羧基与氨基的反应几率降低,造成阻燃尼龙树脂分

  子量偏低,导致后期纺丝过程中断丝现象增多。本实施例中的阻燃盐溶液的最佳浓度为

  首先用上述阻燃剂与己二胺按摩尔比1:1.05在去离子水中反应1.5h,反应温度50

  一种阻燃尼龙66树脂,由质量比100:100:5:0.5的尼龙66盐、去离子水、上述质量

  首先将质量分数50%的尼龙66盐溶液加入高压反应釜中,用氮气置换反应釜中空

  气三次,在温度200℃,压力保持1.5MPa,反应1.6h,然后加入质量分数50%的阻燃盐溶液和

  助剂双季戊四醇溶液,然后开始减压至常压状态,由于在减压过程会出现爆沸现象,阻燃盐

  和助剂能更好的分散在预聚体中,然后升温至260℃,反应2h,最后抽线h,切粒备

  首先用实施例2的阻燃剂与己二胺按摩尔比1:1 .05在去离子水中反应1 .5h,反应

  一种阻燃尼龙66树脂,由质量比100:100:5:0.5的尼龙66盐、去离子水、质量分数

  首先将质量分数50%的尼龙66盐溶液加入高压反应釜中,用氮气置换反应釜中空

  气三次,在温度200℃,压力保持1.5MPa,反应1.6h,然后加入质量分数50%的阻燃盐和助剂

  双季戊四醇溶液,然后开始减压至常压状态,由于在减压过程会出现爆沸现象,阻燃盐和一

  号助剂能更好的分散在预聚体中,然后升温至260℃,反应2h,最后抽线h,切粒备

  通过垂直燃烧测试结果表明,对比例1和对比例2都能达到阻燃效果,阻燃等级为

  V‑0级,但在测试过程中,对比例1(图3a)的阻燃尼龙66树脂在燃烧过程有明显的熔滴现象,

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  成炭性较差,而对比例2(图3b)中样条在燃烧过程中没有熔滴现象,况且燃烧结束后成炭性

  以上所述之实施例,只是本发明的较佳实施例而已,并非限制本发明的实施范围,

  故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰,均应包括于本发


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