CN101649108A - 一种高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂及其制备方法和薄膜 - Google Patents
一种高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂及其制备方法和薄膜 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂及其制备方法和薄膜。所述聚碳酸酯树脂包括聚碳酸酯、磷系阻燃剂、氟系阻燃剂和助剂，其中，所述磷系阻燃剂的含量占所述聚碳酸酯重量的5％～30％，所述氟系阻燃剂的含量占所述聚碳酸酯重量的0.1％～10％，所述助剂的含量占所述聚碳酸酯重量的0.05％～1％。用本发明高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂加工而成的薄膜，具有阻燃性好，抗冲击性能优良，以及在暴露于高温时与通常的受热发射的卤素阻燃聚碳酸酯材料相比，它还降低了毒性，同时，其不使用含氯或含溴添加剂，在添加的磷系阻燃剂以及氟系阻燃剂的含量满足一定量的时候，其阻燃性符合UL94－VTM0等级标准。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳酸酯树脂及其制备方法和薄膜，尤其涉及一种高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂及其制备方法和薄膜。
背景技术
聚碳酸酯(PC)是应用广泛的五大工程塑料之一，具有综合均衡的力学、电气及耐热性能，特别以优异的冲击强度和耐蠕变性著称，透光率高，力学性能好，特别是冲击韧性在工程塑料中最佳。由于聚碳酸酯的优良性能，其制品及其共混材料在电子、电器、机械、汽车、纺织、轻工及建筑等行业获得了广泛的应用。
聚碳酸酯具有一定的自熄性，燃烧时会放出CO2，其阻燃性能优于一般塑料。但是某些阻燃要求高的场合则需要对其进一步阻燃改性。目前在阻燃改性中，国内外常采用的技术就是添加卤系阻燃剂，卤系阻燃剂是一种阻燃效果好、价格便宜且应用广泛的产品，但其会造成环境污染。随着环保和安全法规的日趋严格，无卤阻燃技术的研究与开发十分迫切。因此研究开发具有优良综合性能的环保型阻燃聚碳酸酯一直是国内外非常重视的课题。
阻燃剂是一类能阻止聚合物材料被引燃或抑制火焰传播的助剂，根据其使用方法可以分为添加型和反应型，添加型阻燃剂因其使用方便而得到广泛的应用。目前，在聚碳酸酯中添加的阻燃剂主要有卤素阻燃剂，如四溴双酚A、六溴苯、红磷、磷酸酯。这些常规的阻燃剂，由于阻燃效率低，一般要达到一定的阻燃要求，用量都较大，这就不可避免地要恶化聚碳酸酯等高聚物基材原有的优良力学性能、电气性能和热稳定性，增加高聚物燃烧或热解时生成的烟量或有毒气体量。
除常规的阻燃剂外，另有专利文献报道，可用于聚碳酸酯的极为有效的阻燃剂还有有机芳磺酸盐，如芳磺酸、芳酮磺酸、芳硫磺酸、芳酯磺酸等以及带有吸电子基的芳砜磺酸的碱金属或碱土金属盐。这类阻燃剂，尤其是带有吸电子基的芳砜磺酸的碱金属或碱土金属盐，其优异性体现在所需添加量小，阻燃效率高，可克服常规聚碳酸酯阻燃剂的一些缺点，但又存在易在聚碳酸酯中达到饱和添加量而无法提高材料阻燃等级。故需寻求其它途径来进一步提高聚碳酸酯的阻燃性。
发明内容
本发明的目的是为了进一步提高聚碳酸酯的阻燃性，而提供一种高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂及其制备方法和薄膜。
本发明为实现上述目的提供一种技术方案如下：一种高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂包括聚碳酸酯、磷系阻燃剂、氟系阻燃剂和助剂，其中，所述磷系阻燃剂的含量占所述聚碳酸酯重量的5％～30％，所述氟系阻燃剂的含量占所述聚碳酸酯重量的0.1％～10％，所述助剂的含量占所述聚碳酸酯重量的0.05％～1％。
所述聚碳酸酯为芳香族聚碳酸酯。优选地，所述磷系阻燃剂的含量占所述聚碳酸酯重量的10％～20％，所述氟系阻燃剂的含量占所述聚碳酸酯重量的1％～5％，所述助剂的含量占所述聚碳酸酯重量的0.4％～0.6％。
本发明的有益效果是：本发明高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂同时添加了磷系阻燃剂和氟系阻燃剂，大大提高了本发明聚碳酸酯树脂的阻燃性能，其阻燃性符合UL94-VTM0等级标准；添加的磷系阻燃剂不但具有阻燃功能，同时也具有一定增塑的功效，添加此类阻燃剂克服了原有磷系阻燃剂加多后导致产品不易加工的缺陷，大大提高了本发明聚碳酸酯树脂的抗冲击性能；氟系阻燃剂的添加，在提高了聚碳酸酯材料阻燃性能的同时，降低了磷系阻燃剂的用量，减少了其热分解燃烧时生成的有毒气体量和烟量；制备方法简单，降低了加工工艺要求的同时提高了产品的加工性能，并降低了设备的机械磨损与能源消耗，对环境无损害，其阻燃性能优于传统的卤系，可以满足无卤的环保要求。
进一步，所述磷系阻燃剂为磷酸酯、膦酸脂或者氧化膦，所述磷酸酯为磷酸三苯酯或者磷酸三甲苯酯，所述膦酸脂为甲基膦酸二甲酯、烯烃基膦酸酯、酰胺膦酸酯或者环状磷酸酯，所述氧化膦为三羟丙基氧化膦或者环辛基羟丙基氧化膦。
进一步，所述氟系阻燃剂为全氟丁基磺酸钾或者全氟丁基磺酸钠。
进一步，所述助剂包括热稳定剂、增韧剂和抗滴剂中的一种或几种。
进一步，所述热稳定剂为亚磷酸三苯酯或者亚磷酸三壬基苯酯。
进一步，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或者聚酰胺树脂。
进一步，所述抗滴剂为聚四氟乙烯。
本发明为实现上述目的提供另一种技术方案如下：一种高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂的制备方法，包括以下步骤：
步骤10：将磷系阻燃剂、氟系阻燃剂和助剂加入到粉状聚碳酸酯中，并在高速混料装置中进行搅拌，其中搅拌的时间为3分钟～5分钟，其中，所述磷系阻燃剂的含量占所述粉状聚碳酸酯重量的5％～30％，所述氟系阻燃剂的含量占所述粉状聚碳酸酯重量的0.1％～10％，所述助剂的含量占所述粉状聚碳酸酯重量的0.05％～1％；
步骤20：将混合均匀的混合物放入双螺杆挤出装置，经加热熔融后挤出，其中双螺杆挤出装置的温度控制在220℃～270℃，螺杆转速控制在15转/分～45转/分；
步骤30：将挤出后的熔融共混物经室温冷却后进行切粒即可，制得的粒子为乳白色且呈半透明状。
所述步骤10中的高速混料装置为高速混合搅拌器，其转速大于或者等于1500rpm。由于加入到所述高速混料装置中的成分均呈粉末状，所以只用3分钟～5分钟的少时搅拌即可达到混合均匀的效果，如果过长时间的混合，可能会由于温度上升而导致混料出现结块的现象。
本发明为实现上述目的提供再一种技术方案如下：一种高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂薄膜是由高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂通过挤出机于220℃～300℃加热熔融后挤出，再通过成型模具加工成型得到的，所述聚碳酸酯树脂包括聚碳酸酯、磷系阻燃剂、氟系阻燃剂和助剂，其中，所述磷系阻燃剂的含量占所述聚碳酸酯重量的5％～30％，所述氟系阻燃剂的含量占所述聚碳酸酯重量的0.1％～10％，所述助剂的含量占所述聚碳酸酯重量的0.05％～1％。
进一步，所述聚碳酸酯薄膜为半透明状，其表面的纹理可以有多种，双面可以有不同的纹理组合。所述聚碳酸酯薄膜的厚度为0.1毫米～1.0毫米，其阻燃等级可以达到UL94-VTM0。
具体实施方式
以下对本发明高效磷系阻燃聚碳酸酯薄膜及其阻燃性能进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
首先，将0.2克的亚磷酸三苯酯、0.2克的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物和0.1克的聚四氟乙烯加入到100克的粉状聚碳酸酯中，并在高速混料装置中进行搅拌，其中搅拌的时间为3分钟；其次，将混合均匀的混合物放入双螺杆挤出装置，经加热熔融后挤出，其中双螺杆挤出装置的温度控制在220℃，螺杆转速控制在15转/分；接着，将挤出后的熔融共混物经室温冷却后进行切粒即可，制得的粒子即为聚碳酸酯树脂；最后，将聚碳酸酯树脂通过挤出机于220℃加热熔融后挤出，再通过成型模具加工成型即可得到本实施例的聚碳酸酯薄膜。
实施例2：
首先，将0.2克的亚磷酸三壬基苯酯、0.2克的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、0.1克的聚四氟乙烯和5克分子式为C9H20O6P2的环状磷酸酯加入到100克的粉状聚碳酸酯中，并在高速混料装置中进行搅拌，其中搅拌的时间为5分钟；其次，将混合均匀的混合物放入双螺杆挤出装置，经加热熔融后挤出，其中双螺杆挤出装置的温度控制在250℃，螺杆转速控制在45转/分；接着，将挤出后的熔融共混物经室温冷却后进行切粒即可，制得的粒子即为聚碳酸酯树脂；最后，将聚碳酸酯树脂通过挤出机于250℃加热熔融后挤出，再通过成型模具加工成型即可得到本实施例的聚碳酸酯薄膜。
实施例3：
首先，将0.2克的亚磷酸三苯酯、0.1克的苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、0.2克的聚四氟乙烯、5克分子式为C15H31O9P3的环状磷酸酯和5克的全氟丁基磺酸钾加入到100克的粉状聚碳酸酯中，并在高速混料装置中进行搅拌，其中搅拌的时间为4分钟；其次，将混合均匀的混合物放入双螺杆挤出装置，经加热熔融后挤出，其中双螺杆挤出装置的温度控制在270℃，螺杆转速控制在45转/分；接着，将挤出后的熔融共混物经室温冷却后进行切粒即可，制得的粒子即为聚碳酸酯树脂；最后，将聚碳酸酯树脂通过挤出机于275℃加热熔融后挤出，再通过成型模具加工成型即可得到本实施例的聚碳酸酯薄膜。
实施例4：
首先，将0.1克的亚磷酸三壬基苯酯、0.2克的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、0.2克的聚四氟乙烯、15克分子式为C9H20O6P2的环状磷酸酯和1克的全氟丁基磺酸钠加入到100克的粉状聚碳酸酯中，并在高速混料装置中进行搅拌，其中搅拌的时间为4分钟；其次，将混合均匀的混合物放入双螺杆挤出装置，经加热熔融后挤出，其中双螺杆挤出装置的温度控制在270℃，螺杆转速控制在45转/分；接着，将挤出后的熔融共混物经室温冷却后进行切粒即可，制得的粒子即为聚碳酸酯树脂；最后，将聚碳酸酯树脂通过挤出机于275℃加热熔融后挤出，再通过成型模具加工成型即可得到本实施例的聚碳酸酯薄膜。
实施例5：
首先，将0.1克的亚磷酸三苯酯、0.1克的聚酰胺树脂、0.3克的聚四氟乙烯、15克分子式为C15H31O9P3的环状磷酸酯和5克的全氟丁基磺酸钠加入到100克的粉状聚碳酸酯中，并在高速混料装置中进行搅拌，其中搅拌的时间为4分钟；其次，将混合均匀的混合物放入双螺杆挤出装置，经加热熔融后挤出，其中双螺杆挤出装置的温度控制在220℃，螺杆转速控制在45转/分；接着，将挤出后的熔融共混物经室温冷却后进行切粒即可，制得的粒子即为聚碳酸酯树脂；最后，将聚碳酸酯树脂通过挤出机于250℃加热熔融后挤出，再通过成型模具加工成型即可得到本实施例的聚碳酸酯薄膜。
实施例6：
首先，将0.3克的亚磷酸三苯酯、0.1克的苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、0.1克的聚四氟乙烯和20克分子式为C9H20O6P2的环状磷酸酯加入到100克的粉状聚碳酸酯中，并在高速混料装置中进行搅拌，其中搅拌的时间为3分钟；其次，将混合均匀的混合物放入双螺杆挤出装置，经加热熔融后挤出，其中双螺杆挤出装置的温度控制在230℃，螺杆转速控制在35转/分；接着，将挤出后的熔融共混物经室温冷却后进行切粒即可，制得的粒子即为聚碳酸酯树脂；最后，将聚碳酸酯树脂通过挤出机于260℃加热熔融后挤出，再通过成型模具加工成型即可得到本实施例的聚碳酸酯薄膜。
实施例7：
首先，将0.2克的亚磷酸三壬基苯酯、0.1克的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、0.2克的聚四氟乙烯、20克分子式为C15H31O9P3的环状磷酸酯和1克的全氟丁基磺酸钾加入到100克的粉状聚碳酸酯中，并在高速混料装置中进行搅拌，其中搅拌的时间为4分钟；其次，将混合均匀的混合物放入双螺杆挤出装置，经加热熔融后挤出，其中双螺杆挤出装置的温度控制在250℃，螺杆转速控制在45转/分；接着，将挤出后的熔融共混物经室温冷却后进行切粒即可，制得的粒子即为聚碳酸酯树脂；最后，将聚碳酸酯树脂通过挤出机于275℃加热熔融后挤出，再通过成型模具加工成型即可得到本实施例的聚碳酸酯薄膜。
其中，上述实施例2～7中涉及的环状磷酸酯中，分子式C9H20O6P2的环状磷酸酯的化学式为
分子式为C15H31O9P3的环状磷酸酯的化学式为
为了验证本发明聚碳酸酯薄膜的阻燃性能，将纯聚碳酸酯薄膜即实施例1和本发明聚碳酸酯薄膜即实施例2～7的阻燃性能进行了对比。所述实施例1～7制得的聚碳酸酯薄膜的厚度均为0.5毫米，并且均被制成标准样条进行燃烧性能测试，采用综合垂直燃烧仪按ISO1210-1992规定的标准程序测试，测试结果如表1所示。
表1本发明高效磷系阻燃聚碳酸酯薄膜和纯聚碳酸酯薄膜的阻燃性能对比结果
从表1可以看出，未添加磷系阻燃剂的实施例1即纯聚碳酸酯薄膜的阻燃等级较高，其阻燃性仅符合VTM-2等级标准，而添加了磷系阻燃剂的实施例2～7即本发明聚碳酸酯薄膜的阻燃等级较高，其阻燃性符合V-2和VTM-1等级标准，通过调节磷系阻燃剂和氟系阻燃剂的含量，其阻燃性还可以符合VTM-0等级标准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂，其特征在于，所述聚碳酸酯树脂包括聚碳酸酯、磷系阻燃剂、氟系阻燃剂和助剂，其中，所述磷系阻燃剂的含量占所述聚碳酸酯重量的5％～30％，所述氟系阻燃剂的含量占所述聚碳酸酯重量的0.1％～10％，所述助剂的含量占所述聚碳酸酯重量的0.05％～1％。
2.根据权利要求1所述的高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂，其特征在于，所述磷系阻燃剂为磷酸酯、膦酸脂或者氧化膦，所述磷酸酯为磷酸三苯酯或者磷酸三甲苯酯，所述膦酸脂为甲基膦酸二甲酯、烯烃基膦酸酯、酰胺膦酸酯或者环状磷酸酯，所述氧化膦为三羟丙基氧化膦或者环辛基羟丙基氧化膦。
3.根据权利要求1所述的高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂，其特征在于，所述氟系阻燃剂为全氟丁基磺酸钾或者全氟丁基磺酸钠。
4.根据权利要求1所述的高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂，其特征在于，所述助剂包括热稳定剂、增韧剂和抗滴剂中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂，其特征在于，所述热稳定剂为亚磷酸三苯酯或者亚磷酸三壬基苯酯。
6.根据权利要求4所述的高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂，其特征在于，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或者聚酰胺树脂。
7.根据权利要求4所述的高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂，其特征在于，所述抗滴剂为聚四氟乙烯。
8.一种高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤10：将磷系阻燃剂、氟系阻燃剂和助剂加入到粉状聚碳酸酯中，并在高速混料装置中进行搅拌，其中搅拌的时间为3分钟～5分钟，其中，所述磷系阻燃剂的含量占所述粉状聚碳酸酯重量的5％～30％，所述氟系阻燃剂的含量占所述粉状聚碳酸酯重量的0.1％～10％，所述助剂的含量占所述粉状聚碳酸酯重量的0.05％～1％；
步骤20：将混合均匀的混合物放入双螺杆挤出装置，经加热熔融后挤出，其中双螺杆挤出装置的温度控制在220℃～270℃，螺杆转速控制在15转/分～45转/分；
步骤30：将挤出后的熔融共混物经室温冷却后进行切粒即可，制得的粒子为乳白色且呈半透明状。
9.一种高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂薄膜，其特征在于，所述聚碳酸酯树脂薄膜是由高效磷系阻燃聚碳酸酯树脂通过挤出机于220℃～300℃加热熔融后挤出，再通过成型模具加工成型得到的，所述聚碳酸酯树脂包括聚碳酸酯、磷系阻燃剂、氟系阻燃剂和助剂，其中，所述磷系阻燃剂的含量占所述聚碳酸酯重量的5％～30％，所述氟系阻燃剂的含量占所述聚碳酸酯重量的0.1％～10％，所述助剂的含量占所述聚碳酸酯重量的0.05％～1％。
10.根据权利要求9所述的高效磷系阻燃聚碳酸酯薄膜，其特征在于，所述聚碳酸酯薄膜的厚度为0.1毫米～1.0毫米。
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20110111 Address after: 215011 No. 158-30, Huashan Road, Suzhou hi tech Development Zone, Suzhou, Jiangsu Applicant after: Suzhou Omay Optical Materials Co., Ltd. Address before: 215001 No. 158-30, Huashan Road, hi tech Zone, Jiangsu, Suzhou Applicant before: Suzhou Omay Optical Material Co., Ltd. |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100217 |