[发明专利]一种MCA阻燃聚酰胺材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MCA阻燃聚酰胺材料的制备方法，特别是涉及一种原位形成的MCA且含有协效阻燃剂SiO₂或金属氧化物的MCA阻燃聚酰胺材料的制备方法。

背景技术

聚酰胺（PA，俗称尼龙）具有耐磨性好、回弹性高、断裂强度高、染色性好、比重小等优点，既可作为工程塑料，也可作为合成纤维的重要原料。在汽车、机械仪表、电子电气、国防军工、航空航天等领域应用广泛。但是聚酰胺的极限氧指数（LOI）在21～22之间，这就限制了它在很多领域的应用，因此对聚酰胺的阻燃改性迫在眉睫。

聚酰胺的阻燃改性主要有以下三种途径：（1）共混阻燃改性，即在机械混合的同时加入阻燃剂，使其获得阻燃性；（2）共聚阻燃改性，通过分子设计，将阻燃剂组分引入到聚酰胺分子链上或在聚酰胺聚合过程中将阻燃组分原位引入，使材料具有阻燃特性；（3）织物阻燃后整理，可通过接枝、轧烘焙、涂覆、喷雾等途径使阻燃剂与织物结合起来获得阻燃效果。织物阻燃后整理相对于前两种方法工艺简单、操作方便、加工灵活，适合阻燃新产品的开发，但是阻燃后整理可能造成织物强力的损失，并影响织物的手感和色光，此外其耐洗性也存在一定的问题。第二种方法所述的与聚酰胺单体反应的阻燃剂单体实际存在的非常少且价格高。实际应用最多的是在共混阻燃这种方法。其中氮系阻燃剂三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）由于无腐蚀、无毒、阻燃效率较高而广泛用于聚酰胺的阻燃，是聚酰胺理想的阻燃剂。

美国专利（US Patent5,037,869）报道了一种制备阻燃聚酰胺树脂材料的方法，该法将聚酰胺、三聚氰胺或其衍生物以及氰尿酸、乙二醇或其缩聚体和邻苯二酸脂在水的存在下熔融共混挤出，改善材料的阻燃性能和力学性能，但没有实现反应物MCA颗粒尺寸的纳米化及其在基体树脂中的纳米分散。因而需要发展阻燃聚酰胺材料的新技术和新方法。中国发明专利（ZL200510022046.4）是以三聚氰胺和氰尿酸为原料，聚酰胺为基体树脂，以水为分散介质，在挤出加工过程中，实现MCA的原位合成以及阻燃聚酰胺纳米复合材料的制备。该方法将MCA的合成和阻燃聚酰胺纳米复合材料的制备在一个过程中完成，大大简化了复合材料的制备工艺，该方法虽实现了MCA颗粒尺寸的纳米化，但是MCA在基体树脂中纳米分散效果不理想，阻燃效率提高不大，没有加入其它协效阻燃剂，如纳米SiO₂、金属氧化物；聚酰胺在燃烧过程中没有形成致密炭层，熔滴问题没有得到改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种MCA阻燃聚酰胺材料的制备方法，特别是提供一种原位形成MCA且含有协效阻燃剂SiO₂和金属氧化物的MCA阻燃聚酰胺材料的制备方法。本发明的特点是摒弃以往阻燃剂与聚合物直接共混的方法，通过MCA直接在聚合物单体聚合过程中得到，使得阻燃剂均匀地分布在聚合物基体中，大幅提高其阻燃效率，又简化了复合材料的制备工艺。此外，在此过程中加入纳米SiO₂和金属氧化物作为协效阻燃剂，纳米SiO₂不仅在一定程度上改善了聚酰胺的力学性能，还提高了聚酰胺的工作温度和点燃温度，减缓了材料表面的释热速率。同时由于SiO₂颗粒熔点高，燃烧后沉积在材料炭层，有效地防止了可燃气体与空气中的氧接触。金属氧化物作为MCA的协效阻燃剂，具有优异的协同阻燃效果，在聚酰胺制品燃烧时，在制品表面形成一层致密的炭层能有效地阻燃。

本发明的一种MCA阻燃聚酰胺材料的制备方法包括：

按重量份数计，原料配方组分为：

聚酰胺单体：70.32～84.66份

二羧酸的三聚氰胺盐：5.44～10.88份

有机二胺的氰尿酸盐：4.9～9.8份

SiO₂：0.5～1份

金属氧化物：0.5～1份

水：4～7份

按配方组分把原料加入反应釜，搅拌并升温，混合均匀；转速为100～400r/min，升温至235℃～250℃，当压力达到0.5MPa～0.9MPa时，反应6h～9h，然后通过卸压并减压抽真空除去小分子，得到MCA阻燃聚酰胺材料。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种MCA阻燃聚酰胺材料的制备方法，所述聚酰胺单体为尼龙1010、尼龙612、尼龙610、尼龙66、尼龙46或尼龙6中任意的一种单体。