[发明专利]基于芳腈结构的低烟阻燃抗熔滴共聚酯及其制备方法

说明书

本发明公开了基于芳腈结构的低烟阻燃抗熔滴共聚酯及其制备方法，该共聚酯是由I、II、III表示的结构单元组成，[III]的结构单元数为[I]的结构单元数的3～20％时，其特性粘数[η]为0.63～1.21dL/g；极限氧指数为26.0～35.0；垂直燃烧等级V‑2～V‑0级；锥形量热测试中峰值热释放速率PHRR比纯PET降低22.2～69.4％，总烟释放TSR比纯PET降低17.7～30.6％。由于本发明引入的芳腈结构在燃烧时能发生三聚反应形成比芳环更加稳定的共轭三嗪环，大大提高材料的熔体黏度还能够芳构化成炭，形成大量致密的炭层，因而共聚酯具有低的烟释放，优异的阻燃性能和抗熔滴性。该共聚酯所需原料成本低，且制备过程耗能低，更具工业化生产优势。

技术领域

本发明属于低烟阻燃抗熔滴共聚酯及其制备技术领域。具体地说，本发明涉及在高温下可发生三聚反应形成共轭三嗪环的新型低烟阻燃抗熔滴的共聚酯及其制备方法。该类共聚酯不需要加入额外的阻燃单体，只需引入较低含量(≤15％)的含有芳腈结构的改性单体，就可利用芳腈结构在燃烧时快速发生三聚反应形成比芳环更稳定的共轭三嗪环，不仅能大大提高材料熔体黏度还能进一步芳构化成炭，所形成的大量致密炭层就可隔绝烟气释放，故能降低聚酯的烟释放，赋予聚酯优异的阻燃性能和抗熔滴性。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯(聚酯，PET)作为产量最大的合成高分子材料之一，有着很好的机械强度、耐化学腐蚀性、热稳定性、透明性和可加工性，被广泛应用于工程塑料、包装材料以及合成纤维等许多领域，其在日常生活和工作环境中随处可见。但PET非常易燃，极限氧指数(LOI)仅为21-22，在燃烧过程中还会产生严重的熔滴现象并释放大量的热和烟，不仅极易加快火焰的传播，还容易造成人员的窒息死亡。聚酯产品的广泛使用，无疑带来了较大的潜在火灾威胁，一旦发生火灾，将有可能造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失。因此学术界和工业界一直在研发具有低烟释放、高阻燃性和抗熔滴性的聚酯。

针对聚酯易燃的问题，通过共混或共聚的方式，将磷系阻燃剂引入到聚酯中，是目前聚酯阻燃最有效的方式，即仅引入少量的磷元素就能赋予聚酯良好的阻燃性能(极限氧指数≥28.0，低热释放)。但是大部分含磷聚酯的阻燃机理是促进熔滴带走热量，因此在燃烧时还是会和聚酯一样发生严重的熔滴，熔滴不仅会引发“二次燃烧”，还极有可能对人造成烫伤(王玉忠著，聚酯纤维阻燃化设计，四川科技出版社，1994)。不仅如此，由于磷元素的存在，含磷共聚酯燃烧时会释放更多的烟和一氧化碳，在火灾中降低能见度，增加人员逃生的难度，甚至会造成人员中毒窒息死亡。

为了解决聚酯“阻燃和抗熔滴矛盾”的问题，发明专利ZL201410629255.4将羟乙基苯基次膦酸，含磷聚酯二元醇，三(2-羟乙基)异氰脲酸酯引入聚酯中，其虽然可达到较好的阻燃性能和抗熔滴性，但很显然其是同时引入氮元素和磷元素才能达到的，这样就势必会破坏聚酯的热稳定性，限制材料的应用；发明专利ZL201210382311.X利用在高温时能够发生化学交联的偶氮苯结构，提高聚酯燃烧时的熔体黏度并促进材料形成膨胀炭层，但要达到好的阻燃性能和抗熔滴性时单体引入量较大(≥20％)，其在研究如何达到好的阻燃性能和抗熔滴性时，并未考虑解决燃烧时烟释放的问题。

而对于在保证聚酯阻燃抗熔滴性能的同时，降低聚酯在燃烧时的烟释放的报道较少，且其主要方法是在引入含磷阻燃剂、阻燃协效剂的同时通过添加抑烟剂来达到目的的(如中国申请201210581513.7)。添加剂的加入虽然能提高阻燃性能并抑制烟的释放，但其添加剂不仅一般与基体的相容性都较差，要影响基体的力学性能，而且随着使用，其还会从材料中析出释放到环境中，使该类方法制备的聚酯阻燃抑烟效果不持久且会带来潜在的环境污染的问题。

发明内容发明专利ZL

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种新的基于芳腈结构的低烟阻燃抗熔滴共聚酯。

本发明的目的之二是提供上述基于芳腈结构的低烟阻燃抗熔滴共聚酯的制备方法。