广东化工2020年第2期·28·www.gdchem第47卷总第412期无水哌嗪氰尿酸盐在玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇
酯中的阻燃应用
刘勤，柴生勇，陈林，李积德，李岩，李坤泉，汪廷洪，刘振峰
The Application of Anhydrous Piperazine Cyanurate in Glass Fiber Reinforced Polybutylene Terephthalate as Flame Retardant
Liu Qin,Chai Shengyong,Chen Lin,Li Jide,Li Yan,Li Kunquan,Wang Tinghong,Liu Zhenfeng
别墅防盗报警系统(Kingfa Science and Technology Company,Limited,Guangzhou510663,China)
Abstract:In this paper anhydrous piperazine cyanurate(APC)was used in30wt.%glass fiber reinforced polybutylene terephthalate(GF-PBT)as flame retardant for the first time.If the total amount of flame retardant and resin is100parts,the UL94V-0flame retardant rating could be achieved after30parts aluminium diethylphosphonate(DEPAL)/APC or20parts aluminium hypophosphite(AHP)/APC were mixed into GF-PBT.There was60percent APC in aforementioned two kinds of flame retardants components.Higher flame retarded efficiency was obtained by APC/AHP composite.
Keywords:Flame retardant；Piperazine cyanurate；Polybutylene terephthalate；Aluminium hypophosphite；Aluminium diethylphosphonate.
1前言
1942年德国科学家Paul Schlack研制成功聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutylene terephthalate，PBT)，之后美国Celanese公司对PBT进行了工业化研究，在1970年以30%玻纤增强塑料的形式投放市场。PBT是通用工程塑料中工业化最晚而发展最快的一个品种，非纤用的PBT一般都必须经过玻纤增强或无机物填充后方能使用。一般来说，30%玻纤增强的PBT相比于未增强的PBT 树脂，拉伸屈服强度、弯曲模量、弯曲强度都会提升到两倍以上，悬臂梁缺口冲击强度也会提高50%以上。
宽带感知作为工程塑料，PBT主要用于制作电子、电器、汽车、机械设备以及精密仪器的零部件，其中汽车和 电子电器领域的消费量占全球PBT总消费量的70%左右。而电子电器领域的应用又对PBT材料的阻燃性有较高的要求。PBT自身的极限氧指数(LOI)为20%~22%，在空气中易燃烧，玻璃纤维的加入又会形成“烛芯效应”，进一步削弱其阻燃性。因此对PBT增强材料进行阻燃改性的研究很有必要。最常用的PBT阻燃改性手段就是添加阻燃剂。 用于PBT的常用阻燃剂有溴系阻燃剂，包括溴化聚苯乙烯(BPS)[1-2]、溴化苯乙烯均聚物(PBS)[2]、溴化苯乙烯共聚物[3-4]、聚丙烯酸五溴苄基酯[5]、溴化环氧树脂[6-9]、十溴二苯乙烷[10]等。由于欧盟在2003年公布了WEEE(Waste Electrical and Electronic Equipment Directive，即《废旧电子电气设备指令》)和RoHS(Restriction of Hazardous Substances，即《关于限制在电子电气设备中使用某些有害成分的指令》)2个指令，以及随后又颁布了一批环保无卤化法规，多溴联苯(PBB’s)和多溴二苯醚(PBDE’s)被限制使用。因此一些电器生产商要求材料无卤化。目前可用于PBT的无卤阻燃剂有磷氧螺环结构的封端阻燃剂[11]、红磷母粒[12]、二乙基次膦酸铝复配物[13-14]、二丙基次膦酸铝复配物[15]、含有硅、磷、硫的三元素成炭剂与MPP复配物[16]、笼状硫代磷酸酯[17]、DOPO衍生物[18-19]、有机硅系阻燃剂[20]、次磷酸金属盐[21-23]、膦腈[24]、纳米氧化镁[25-26]、磷酸三(2,4-二溴苯基)酯(BPP)[27]等。尽管目前开发的无卤阻燃剂种类繁多，但是由于仍然没有一种各方面都令人满意的理想阻燃剂被发现，因此这一领域的研究仍是热点之一。
本文合成了一种无卤阻燃剂哌嗪氰尿酸盐，并将其首次应用到玻纤增强的PBT树脂中。尽管Bertelli Gu
ido等人[28]在20世纪90年代就曾报道了该化合物，并且将其作为阻燃剂与聚磷酸铵(APP)复配用于聚丙烯(PP)树脂中且取得了UL94实验V-0级的效果，但是由于其在140℃就有4wt%的热失重，无法用于实际工业生产中。本文作者改进了该化合物的合成工艺，制备出了1wt.%热失重温度达到260℃的无水哌嗪氰尿酸盐，并对其在玻纤增强的PBT树脂中的阻燃应用进行了研究。 南瓜加工
2实验试剂及实验设备
2.1实验试剂
本实验所用主要试剂如下表所示。
表1实验试剂列表
于克儒Tab.1List of experimental reagents
试剂名称厂商规格
无水哌嗪常州普华化工99%
氰尿酸阿拉丁98%二乙基次磷酸铝科莱恩工业级次磷酸铝潍坊达康化工有限公司工业级
环氧树脂阻燃剂
PBT树脂南通星辰合成材料有限公司工业级
玻璃纤维重庆鑫巨新材料有限公司无碱纤维2.2实验设备
本实验所用实验设备如下表所示。
表2实验设备列表圆钢矫直机
Tab.2List of experimental equipments
设备名称厂商型号核磁共振波谱仪德国Bruker AVANCE III HD400元素分析仪德国Elementar Vario EL cube
热重分析仪德国NETZSCH TG209F3
红外光谱仪德国Bruker Tensor27
双螺杆挤出机四川中装科技有限公司NE27E/40-1500注塑机震雄机械有限公司JN88-E 电子万能试验机德国Zwick Z005
电子显示冲击仪德国Zwick HIT5.5P
[收稿日期]2019-12-04
[作者简介]刘勤(1981-)，男，江西吉安人，工程师，主要研究方向为精细化工。
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