一种耐热阻燃的不饱和聚酯树脂及其制备方法转让专利
申请号 : CN202110615424.9
文献号 : CN113308103B
文献日 : 2022-03-08
发明人 : 王针宇 , 谷军军 , 王健雄 , 王小军 , 徐玉明
申请人 : 江苏金隆新材料有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种耐热阻燃的不饱和聚酯树脂,其特征在于,包括以下重量份组分:不饱和聚酯树脂90‑110份、填料30‑50份、引发剂1‑3份、分散剂0.3‑0.6份、阻燃剂20‑
50份、阻燃助剂10‑15份;
该耐热阻燃的不饱和聚酯树脂由以下步骤制备得到:步骤一:将不饱和聚酯树脂、阻燃剂在搅拌速度为600‑800r/min的条件下搅拌30‑
60min,得到混合料;
步骤二:向混合料中加入分散剂,在搅拌速度为1000r/min的条件下搅拌10‑15min,之后加入填料、引发剂、阻燃助剂,在搅拌速度为3000‑4000r/min的条件下搅拌1‑2h,得到该耐热阻燃的不饱和聚酯树脂;
所述阻燃剂的制备过程如下:
A1:将苯酚、催化剂对羟基苯磺酸加入到安装有搅拌器、冷凝回流装置、温度计以及恒压滴液漏斗的四口烧瓶中,将四口烧瓶置于恒温油浴中,向恒压滴液漏斗中加入1‑溴‑3‑甲基‑2‑丁烯,在搅拌速度为300‑500r/min的条件下边搅拌边升温至110‑120℃,控制升温速率为3‑5℃/min,之后逐滴加入1‑溴‑3‑甲基‑2‑丁烯,控制滴加速度为1滴/s,滴加完毕后,继续搅拌反应2‑3h,减压蒸馏,收集馏分,得到苯酚与中间体1的混合物;
A2:将苯酚与中间体1的混合物全部加入到安装有搅拌器、冷凝回流装置、温度计以及恒压滴液漏斗的四口烧瓶中,向苯酚与中间体1的混合物中加入催化剂无水氯化铝,向恒压滴液漏斗中加入三氯氧磷,将苯酚与中间体1的混合物升温至70‑80℃的条件下,开始逐滴加入三氯氧磷,控制滴加时间为20‑30min,滴加完毕后升温至120℃并保温反应10‑15h,之后自然冷却至室温后,加入去离子水,搅拌均匀,过滤,将滤液用去离子水洗涤3‑5次,在压力为0.2kPa的的条件下减压蒸馏并收集温度为198‑210℃的馏分,得到阻燃剂;
所述阻燃助剂的制备过程如下:
B1:将硫酸铝晶体加入至去离子水中,在搅拌速度为300‑500r/min的条件下搅拌使硫酸铝晶体完全溶解,得到硫酸铝溶液,之后向硫酸铝溶液中加入分散剂聚乙二醇,在超声频率为40‑60kHz的条件下超声分散30‑50min,之后滴加氢氧化钠溶液至硫酸铝溶液pH至
11.0‑11.5,控制滴加速率为20‑30mL/min,之后冷却到室温,将反应液加入到反应釜中,在温度为45℃的条件下老化15‑17h,之后使用蒸馏水以及无水乙醇各洗涤3‑5次,分离沉淀物,将沉淀物置于真空干燥箱中,在温度为100℃的条件下干燥12h,之后用研钵对干燥产物进行研磨,得到氢氧化铝超细粉;
B2:将铝酸酯偶联剂加入到混合液中,在超声频率为40‑60kHz的条件下超声分散0.5‑
2h,得到改性液;将氢氧化铝超细粉、去离子水加入三口烧瓶中,在搅拌速度为300‑500r/min的条件下搅拌分散20‑30min,之后滴加铝酸钠溶液调节pH至11.0‑11.5,之后在搅拌速度为1500r/min,温度为50℃的条件下滴加改性液,控制滴加时间为20‑30min,滴加完毕后继续搅拌20‑30min,之后将反应液真空抽滤,将滤饼用蒸馏水以及无水乙醇各洗涤3‑5次,之后置于真空干燥箱中,在温度为90℃的条件下干燥12h,研磨,得到阻燃助剂。
2.根据权利要求1所述的一种耐热阻燃的不饱和聚酯树脂,其特征在于,所述不饱和聚酯树脂为邻苯型不饱和聚酯、间苯型不饱和聚酯、双酚A型不饱和聚酯以及乙烯基型不饱和聚酯树脂中的一种;所述填料为石棉纤维、玻璃纤维、石英粉、金刚砂、氧化铝中的一种或两种以上任意比例的混合物;所述引发剂为过氧化环己酮、过氧化甲乙酮、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化(2‑乙基)己酸叔丁酯中的一种;所述分散剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种耐热阻燃的不饱和聚酯树脂,其特征在于,步骤A1中所述苯酚、1‑溴‑3‑甲基‑2‑丁烯的摩尔比为1.5‑3.0:1,所述对羟基苯磺酸的加入量为苯酚质量的1.0‑2.0%。
4.根据权利要求1所述的一种耐热阻燃的不饱和聚酯树脂,其特征在于,步骤A2中所述苯酚与中间体1的混合物、三氯氧磷的质量比为140‑150:55‑60,所述无水氯化铝的加入量为三氯氧磷质量的6.5‑7.0%。
5.根据权利要求1所述的一种耐热阻燃的不饱和聚酯树脂,其特征在于,步骤B1中所述硫酸铝晶体、去离子水的用量比为0.15mol:1L,所述硫酸铝溶液、聚乙二醇的体积比为100:
1,所述氢氧化钠溶液的摩尔浓度为0.5mol/L。
6.根据权利要求1所述的一种耐热阻燃的不饱和聚酯树脂,其特征在于,步骤B2中所述混合液为无水乙醇、去离子水按照体积比95:5的混合液,所述铝酸酯偶联剂、氢氧化铝超细粉、去离子水的用量比为0.2g:10g:200mL,所述铝酸钠溶液摩尔浓度为0.5mol/L。
7.根据权利要求1所述的一种耐热阻燃的不饱和聚酯树脂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:按照重量份称取不饱和聚酯树脂90‑110份、填料30‑50份、引发剂1‑3份、分散剂0.3‑0.6份、阻燃剂20‑50份以及阻燃助剂10‑15份;
步骤二:将不饱和聚酯树脂、阻燃剂在搅拌速度为600‑800r/min的条件下搅拌30‑
60min,得到混合料;
步骤三:向混合料中加入分散剂,在搅拌速度为1000r/min的条件下搅拌10‑15min,之后加入填料、引发剂、阻燃助剂,在搅拌速度为3000‑4000r/min的条件下搅拌1‑2h,得到该耐热阻燃的不饱和聚酯树脂。
说明书 :
一种耐热阻燃的不饱和聚酯树脂及其制备方法
技术领域
背景技术
烯基单体共聚,交联固化为网络结构的热固性树脂,不饱和聚酯树脂由于优异的成型性和
良好的综合使用性能长期受到人们的关注,广泛用于建筑、船舶、汽车、电子电器等领域,是
复合材料领域用量最大的一类树脂,但和大多数碳氢化合物类似,具有可燃性,限制了其在
阻燃要求高的场合的应用;
发明内容
剂继续搅拌,之后加入填料、引发剂、阻燃助剂继续搅拌,得到该耐热阻燃的不饱和聚酯树
脂;该制备方法中通过加入阻燃剂、阻燃助剂来提升不饱和聚酯树脂的阻燃性,通过在阻燃
剂和阻燃助剂协同作用下,不饱和聚酯树脂不易燃烧且燃烧后能够快速熄灭,不易蔓延,阻
燃性能大幅度上升,解决了现有的不饱和聚酯树脂具有可燃性,限制了其在阻燃要求高的
场合的应用的问题。
2h,得到该耐热阻燃的不饱和聚酯树脂。
维、玻璃纤维、石英粉、金刚砂、氧化铝中的一种或两种以上任意比例的混合物;所述引发剂
为过氧化环己酮、过氧化甲乙酮、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化(2‑乙基)
己酸叔丁酯中的一种;所述分散剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种。
3‑甲基‑2‑丁烯,在搅拌速度为300‑500r/min的条件下边搅拌边升温至110‑120℃,控制升
温速率为3‑5℃/min,之后逐滴加入1‑溴‑3‑甲基‑2‑丁烯,控制滴加速度为1滴/s,滴加完毕
后,继续搅拌反应2‑3h,减压蒸馏,收集馏分,得到苯酚与中间体1的混合物;
恒压滴液漏斗中加入三氯氧磷,将苯酚与中间体1的混合物升温至70‑80℃的条件下,开始
逐滴加入三氯氧磷,控制滴加时间为20‑30min,滴加完毕后升温至120℃并保温反应10‑
15h,之后自然冷却至室温后,加入去离子水,搅拌均匀,过滤,将滤液用去离子水洗涤3‑5
次,在压力为0.2kPa的的条件下减压蒸馏并收集温度为198‑210℃的馏分,得到阻燃剂。
磷在无水氯化铝的催化作用下,生成阻燃剂,其分子结构含有三个苯环,苯环具有稳定性,
难以破坏,其次含有磷元素,磷元素受热生成磷的含氧酸,能够催化含羟基化合物脱水形成
炭,形成焦炭层附着在材料表面,起到阻燃效果,而且含有溴元素,溴元素受热分解生成溴
化氢气体与树脂燃烧产生的大量促进燃烧的羟基自由基反应生成活性低的溴自由基,抑制
燃烧,进一步起到阻燃效果,三者协同作用下,该阻燃剂的阻燃效果好。
声频率为40‑60kHz的条件下超声分散30‑50min,之后滴加氢氧化钠溶液至硫酸铝溶液pH至
11.0‑11.5,控制滴加速率为20‑30mL/min,之后冷却到室温,将反应液加入到反应釜中,在
温度为45℃的条件下老化15‑17h,之后使用蒸馏水以及无水乙醇各洗涤3‑5次,分离沉淀
物,将沉淀物置于真空干燥箱中,在温度为100℃的条件下干燥12h,之后用研钵对干燥产物
进行研磨,得到氢氧化铝超细粉;
500r/min的条件下搅拌分散20‑30min,之后滴加铝酸钠溶液调节pH至11.0‑11.5,之后在搅
拌速度为1500r/min,温度为50℃的条件下滴加改性液,控制滴加时间为20‑30min,滴加完
毕后继续搅拌20‑30min,之后将反应液真空抽滤,将滤饼用蒸馏水以及无水乙醇各洗涤3‑5
次,之后置于真空干燥箱中,在温度为90℃的条件下干燥12h,研磨,得到阻燃助剂。
其亲水疏油性,得到阻燃助剂,该阻燃助剂借助铝酸酯偶联剂的亲油基团表现良好的亲油
性,使其能够给易于分散在树脂中,氢氧化铝随着温度逐渐升高,氢氧化铝受热分解会生成
氧化铝和水,分解过程吸收大量热量,降低周围温度达到抑制燃烧效果,同时生成的氧化铝
是一层致密的氧化物薄膜,不仅会紧密的包覆在可燃物表面,隔绝氧气、可燃性气体起到阻
燃作用,薄膜还能阻止火灾蔓延到其它可燃物上,阻燃效果好。
为0.5mol/L。
200mL,所述铝酸钠溶液摩尔浓度为0.5mol/L。
2h,得到该耐热阻燃的不饱和聚酯树脂。
脂;该制备方法中通过加入阻燃剂、阻燃助剂来提升不饱和聚酯树脂的阻燃性,通过在阻燃
剂和阻燃助剂协同作用下,不饱和聚酯树脂不易燃烧且燃烧后能够快速熄灭,不易蔓延,阻
燃性能大幅度上升,阻燃效果好;
使得在苯环上引入烷基,生成中间体1,中间体1、苯酚以及三氯氧磷在无水氯化铝的催化作
用下,生成阻燃剂,其分子结构含有三个苯环,苯环具有稳定性,难以破坏,其次含有磷元
素,磷元素受热生成磷的含氧酸,能够催化含羟基化合物脱水形成炭,形成焦炭层附着在材
料表面,起到阻燃效果,而且含有溴元素,溴元素受热分解生成溴化氢气体与树脂燃烧产生
的大量促进燃烧的羟基自由基反应生成活性低的溴自由基,抑制燃烧,进一步起到阻燃效
果,三者协同作用下,该阻燃剂的阻燃效果好;
改性,使得铝酸酯偶联剂与氢氧化铝表面的羟基自由基结合,降低其亲水疏油性,得到阻燃
助剂,该阻燃助剂借助铝酸酯偶联剂的亲油基团表现良好的亲油性,使其能够给易于分散
在树脂中,氢氧化铝随着温度逐渐升高,氢氧化铝受热分解会生成氧化铝和水,分解过程吸
收大量热量,降低周围温度达到抑制燃烧效果,同时生成的氧化铝是一层致密的氧化物薄
膜,不仅会紧密的包覆在可燃物表面,隔绝氧气、可燃性气体起到阻燃作用,薄膜还能阻止
火灾蔓延到其它可燃物上,阻燃效果好。
具体实施方式
实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都
属于本发明保护的范围。
3‑甲基‑2‑丁烯,在搅拌速度为300r/min的条件下边搅拌边升温至110℃,控制升温速率为3
℃/min,之后逐滴加入1‑溴‑3‑甲基‑2‑丁烯,控制滴加速度为1滴/s,滴加完毕后,继续搅拌
反应2h,减压蒸馏,收集馏分,得到苯酚与中间体1的混合物;控制所述苯酚、1‑溴‑3‑甲基‑
2‑丁烯的摩尔比为1.5:1,所述对羟基苯磺酸的加入量为苯酚质量的1.0%;
恒压滴液漏斗中加入三氯氧磷,将苯酚与中间体1的混合物升温至70℃的条件下,开始逐滴
加入三氯氧磷,控制滴加时间为20min,滴加完毕后升温至120℃并保温反应10h,之后自然
冷却至室温后,加入去离子水,搅拌均匀,过滤,将滤液用去离子水洗涤3次,在压力为
0.2kPa的的条件下减压蒸馏并收集温度为198℃的馏分,得到阻燃剂;控制所述苯酚与中间
体1的混合物、三氯氧磷的质量比为140:55,所述无水氯化铝的加入量为三氯氧磷质量的
6.5%。
3‑甲基‑2‑丁烯,在搅拌速度为500r/min的条件下边搅拌边升温至120℃,控制升温速率为5
℃/min,之后逐滴加入1‑溴‑3‑甲基‑2‑丁烯,控制滴加速度为1滴/s,滴加完毕后,继续搅拌
反应3h,减压蒸馏,收集馏分,得到苯酚与中间体1的混合物;控制所述苯酚、1‑溴‑3‑甲基‑
2‑丁烯的摩尔比为3.0:1,所述对羟基苯磺酸的加入量为苯酚质量的2.0%;
恒压滴液漏斗中加入三氯氧磷,将苯酚与中间体1的混合物升温至80℃的条件下,开始逐滴
加入三氯氧磷,控制滴加时间为30min,滴加完毕后升温至120℃并保温反应15h,之后自然
冷却至室温后,加入去离子水,搅拌均匀,过滤,将滤液用去离子水洗涤5次,在压力为
0.2kPa的的条件下减压蒸馏并收集温度为210℃的馏分,得到阻燃剂;控制所述苯酚与中间
体1的混合物、三氯氧磷的质量比为150:60,所述无水氯化铝的加入量为三氯氧磷质量的
7.0%。
率为40kHz的条件下超声分散30min,之后滴加氢氧化钠溶液至硫酸铝溶液pH至11.0,控制
滴加速率为20mL/min,之后冷却到室温,将反应液加入到反应釜中,在温度为45℃的条件下
老化15h,之后使用蒸馏水以及无水乙醇各洗涤3次,分离沉淀物,将沉淀物置于真空干燥箱
中,在温度为100℃的条件下干燥12h,之后用研钵对干燥产物进行研磨,得到氢氧化铝超细
粉;控制所述硫酸铝晶体、去离子水的用量比为0.15mol:1L,所述硫酸铝溶液、聚乙二醇的
体积比为100:1,所述氢氧化钠溶液的摩尔浓度为0.5mol/L;
的条件下搅拌分散20min,之后滴加铝酸钠溶液调节pH至11.0,之后在搅拌速度为1500r/
min,温度为50℃的条件下滴加改性液,控制滴加时间为20min,滴加完毕后继续搅拌20min,
之后将反应液真空抽滤,将滤饼用蒸馏水以及无水乙醇各洗涤3次,之后置于真空干燥箱
中,在温度为90℃的条件下干燥12h,研磨,得到阻燃助剂;控制所述混合液为无水乙醇、去
离子水按照体积比95:5的混合液,所述铝酸酯偶联剂、氢氧化铝超细粉、去离子水的用量比
为0.2g:10g:200mL,所述铝酸钠溶液摩尔浓度为0.5mol/L。
率为60kHz的条件下超声分散50min,之后滴加氢氧化钠溶液至硫酸铝溶液pH至11.5,控制
滴加速率为30mL/min,之后冷却到室温,将反应液加入到反应釜中,在温度为45℃的条件下
老化17h,之后使用蒸馏水以及无水乙醇各洗涤5次,分离沉淀物,将沉淀物置于真空干燥箱
中,在温度为100℃的条件下干燥12h,之后用研钵对干燥产物进行研磨,得到氢氧化铝超细
粉;控制所述硫酸铝晶体、去离子水的用量比为0.15mol:1L,所述硫酸铝溶液、聚乙二醇的
体积比为100:1,所述氢氧化钠溶液的摩尔浓度为0.5mol/L;
下搅拌分散30min,之后滴加铝酸钠溶液调节pH至11.5,之后在搅拌速度为1500r/min,温度
为50℃的条件下滴加改性液,控制滴加时间为30min,滴加完毕后继续搅拌30min,之后将反
应液真空抽滤,将滤饼用蒸馏水以及无水乙醇各洗涤5次,之后置于真空干燥箱中,在温度
为90℃的条件下干燥12h,研磨,得到阻燃助剂;控制所述混合液为无水乙醇、去离子水按照
体积比95:5的混合液,所述铝酸酯偶联剂、氢氧化铝超细粉、去离子水的用量比为0.2g:
10g:200mL,所述铝酸钠溶液摩尔浓度为0.5mol/L。
脂为邻苯型不饱和聚酯;所述填料为石棉纤维;所述引发剂为过氧化环己酮;所述分散剂为
硬脂酸钡;
的不饱和聚酯树脂。
脂为乙烯基型不饱和聚酯树脂;所述填料为玻璃纤维;所述引发剂为过氧化苯甲酸叔丁酯;
所述分散剂为硬脂酸锌;
的不饱和聚酯树脂。
产物标准样条,检测其阻燃性能,检测结果如下:
实施例6 36.1 V0
对比例1 21.4 V2
对比例2 26.9 V1
对比例3 30.4 V0
对比例4 28.4 V0
对比例5 35.6 V0
加阻燃剂、阻燃助剂其中一个均具有阻燃性的提升,均能达到相当于现有技术(对比例4)相
近的阻燃效果,但是其阻燃剂较阻燃助剂的阻燃效果更优异,最后将阻燃剂、阻燃助剂替换
现有的不饱和聚酯树脂中的阻燃剂,本发明的阻燃剂、阻燃助剂的阻燃效果明显高于现有
的阻燃剂。
例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合
适的方式结合。
越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。