[發(fā)明專利]一種納米硼酸鋇溶膠的制備方法及其在聚酯阻燃中的應用

無效

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• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN104017336A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設計）人: 曲銘海;張偉;盛勇;徐靜;張梅;趙慶福
• 申請（專利權）人: 曲銘海
• 主分類號: C08L67/02
• 分類號: C08L67/02;C08K3/38;C08G63/183;C01B35/12
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技術領域

本發(fā)明涉及硼酸鋇的新用途，尤其是納米硼酸鋇溶膠的制備及其在聚酯阻燃中的應用。通過單獨或與其它阻燃劑復配，添加到聚酯合成反應體系中，通過原位聚合的工藝得到一種可加工性強、力學性能優(yōu)良的阻燃聚酯納米復合材料。?

背景技術

我國是世界上最大的聚酯生產國，聚酯作為纖維材料已占據(jù)所有合成纖維70%左右，這類材料的阻燃化更加引起了世界范圍的廣泛關注，自70年代，阻燃聚酯纖維的研究一直是聚酯研究的一個熱點。?

目前阻燃聚酯及纖維主要是采用添加型或反應型阻燃劑，但這經常導致惡化材料某些性能、引起一些環(huán)境問題，以這種傳統(tǒng)方法來賦予聚酯及纖維的阻燃性是以犧牲或降低材料的一些物理性能為代價的。20世紀80年代末及90年代初興起的聚合物/無機物納米復合材料開辟了阻燃高分子材料的新途徑，被國外有的文獻譽為塑料阻燃技術的革命。目前，人們已經研究了多種聚合物/無機納米復合材料，如以層狀硅酸鹽（LS）為無機物的納米復合材料，并在其基礎理論和應用方面取得了一系列進展。尤其是添加納米材料后，復合物的熱穩(wěn)定性和阻燃性能有很大提高，此外，由于添加量比傳統(tǒng)的無機材料少得多，因而對材料的力學和物理性能影響較小，所以是一類極具應用前景的新型阻燃材料。但現(xiàn)有技術主要是使用各種無機納米粉體，使用前必須使用外力將團聚較大的顆粒打開，能耗較大，工藝復雜，而且有些團聚粒子根本無法打開。這種粉體的穩(wěn)定性差、粒度大、分布不均勻，其粒徑一般在300～600nm之間，導致粒子在聚合物中粒徑也較大，凝聚粒子多，可加工性能差，對材料的性能提高不明顯。?

硼酸鋇是一種白色的功能性顏料，用于涂料工業(yè)中的底漆、面漆，是一種新型的防銹顏料，也可增強涂料的防霉、防火、抗粉化等性能。納米硼酸鋇應用于聚酯阻燃尚未見文獻報道。?

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種高濃度、穩(wěn)定性好的納米硼酸鋇膠體的制備方法及其在聚酯阻燃中的應用，解決聚酯阻燃中因添加無機阻燃劑粉體顆粒大，后續(xù)加工困難及材料力學性能劣化嚴重的問題。?

本發(fā)明的解決方案是通過氫氧化鋇和硼酸在水與C₂-C₄的二元醇混合溶液中發(fā)生中和反應制取納米硼酸鋇溶膠，直接或與其它阻燃劑復配后與聚酯單體在間歇聚合裝置原位聚合，得到了熱性能及力學性能均較普通阻燃聚酯有較大提高的納米復合材料。由于硼酸鋇顆粒不經分離而直接使用，有效的減少了二次團聚，保證了聚酯復合材料中納米顆粒的粒度。?

本發(fā)明所述的納米硼酸鋇溶膠是以C₂-C₄的二元醇與水為分散介質，其組分含量為：1-25wt%的硼酸鋇，72-96wt%的有機溶劑和微量水分，硼酸鋇溶膠的粒徑為5-80nm。?

本發(fā)明所述的納米硼酸鋇溶膠，優(yōu)選組分含量為：2-20wt%的硼酸鋇，77-95wt%的二元醇及微量水分。C₂-C₄的二元醇是乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇或1,4-丁二醇。?

本發(fā)明所述的納米硼酸鋇溶膠，其主要制備步驟為：?

1.分別稱取八水合氫氧化鋇和硼酸，加入單一或混合溶劑，在室溫或加熱條件下攪拌進行溶劑化處理，配制濃度為0.5-2.5mol/L的氫氧化鋇溶液和濃度為1.0-5.5mol/L的硼酸溶液；

2.在劇烈攪拌下，將硼酸溶液在3-5min內加入到氫氧化鋇溶液中，根據(jù)不同的制備濃度，控制溫度在室溫至100℃之間，繼續(xù)攪拌0.5-3h，完成溶膠化反應；

3.根據(jù)所用二元醇有機溶劑的不同，加熱至190-220℃，分餾除水，即獲得本發(fā)明所述的納米硼酸鋇溶膠。

本發(fā)明所述的納米硼酸鋇溶膠在聚酯阻燃中的應用，通過以對苯二甲酸（或對苯二甲酸二甲酯）和乙二醇、納米硼酸鋇溶膠、復配使用的阻燃劑及其它聚酯合成助劑為共聚、共混單體，經酯化（或酯交換）、縮聚過程制備阻燃聚酯，納米硼酸鋇溶膠在酯化（或酯交換）前加入或在酯化（或酯交換）后縮聚前加入。可采用直接酯化法和酯交換法完成。?

直接酯化法????在反應釜中加入對苯二甲酸、乙二醇、復配阻燃劑、催化劑，加壓升溫進行酯化反應，酯化2-3h，酯化溫度245-269℃；酯化反應結束后，加入納米硼酸鋇的乙二醇懸浮液，低真空縮聚1-1.5h，溫度269-283℃，繼續(xù)升溫進行縮聚反應，高真空縮聚1-2h，溫度283-290℃，即可制得阻燃聚酯納米復合材料。?