CN103408913A - 复合阻燃聚碳酸酯材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合阻燃聚碳酸酯材料及其制备方法与应用。该复合阻燃聚碳酸酯材料包括聚碳酸酯树脂80～95%、有机硅聚碳酸酯树脂0～20%、抗跌落剂0.1～0.5%、抗冲击改性剂1～3%、润滑剂0.1～0.5%、抗氧剂0.1～0.5%和含有0.2～1%的粉体硅镁石无机阻燃剂与0.5～2%BDP和/或RDP复合阻燃剂。本发明复合阻燃聚碳酸酯材料具有优异阻燃性能的同时，具有高的热变形温度。

Description

复合阻燃聚碳酸酯材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，特别涉及一种复合阻燃聚碳酸酯材料及其制备方法与应用。

背景技术

聚碳酸酯树脂(Polycarbonate，简称PC)具有较高耐冲击性和耐热性以及优异的透明性，因而有“透明钢”的称号，再加上其具备高韧性与尺寸稳定性等优点，被能广泛应用于光学镜片、光盘片基材、电器、建材、汽车等领域。近年来，聚碳酸酯树脂随着应用领域与生产规模的扩大，对于加工特性的要求也越来越高，因此业界仍期望可再进一步提升其物性及加工性质。

随着安全和环保意识的不断提高，对聚碳酸酯树脂的安全和环保性能的要求也越来越高，特别是在如办公自动化设备和电力机械及电子机械领域中使用的聚合物需要具有高阻燃性。因此，通常通过掺入阻燃剂和防滴剂即防止熔融的树脂从灼热的聚碳酸酯树脂滴落来使聚碳酸酯树脂具有阻燃性。

目前，为了制备出具有阻燃性的聚碳酸酯树脂材料，常采用四苯基(双酚-A)二磷酸酯（BDP）、四苯基间苯二酚二磷酸酯（RDP）对聚碳酸酯树脂进行改性。在研究中发现，为了使得聚碳酸酯树脂达到阻燃标准（UL94V0）的要求，该BDP、RDP阻燃剂其用量必须满足其用量>4%。但在实际应用中发现，虽然通过提高BDP、RDP阻燃剂的用量能使得聚碳酸酯树脂的阻燃性满足UL94V0的要求，但是随之伴随着明显降低该聚碳酸酯树脂热变形温度的技术问题产生，使得该聚碳酸酯树脂热变形温度明显低于125℃（1.82MPa），这一问题的产生，又严重制约了聚碳酸酯树脂的使用范围和对使用该聚碳酸酯树脂的产品相关性能造成了不良影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种复合阻燃聚碳酸酯材料及其应用，以解决现有聚碳酸酯树脂材料低的热变形温度的技术问题。

本发明的另一目的是提供一种条件易控的具有高热变形温度的复合阻燃聚碳酸酯材料的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种复合阻燃聚碳酸酯材料，其包括如下重量百分比的组分：

还包括阻燃剂，所述阻燃剂为包括有粉体硅镁石与四苯基(双酚-A)二磷酸酯和/或四苯基间苯二酚二磷酸酯的复合阻燃剂，且所述粉体硅镁石占复合阻燃聚碳酸酯材料总重量的0.2～1%，所述四苯基(双酚-A)二磷酸酯和/或四苯基间苯二酚二磷酸酯占复合阻燃聚碳酸酯材料总重量的0.5～2%。

以及，一种复合阻燃聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：

按照上述的复合阻燃聚碳酸酯材料的配方称取各组分；

将称取的各组分进行混料处理后进行熔融挤出造粒。

以及，上述的复合阻燃聚碳酸酯材料在制备电器外壳、电子元件外壳中的应用。

上述复合阻燃聚碳酸酯材料采用聚碳酸酯或聚碳酸酯树脂与有机硅聚碳酸酯树脂复合物为基体组分，采用包括有粉体硅镁石与四苯基(双酚-A)二磷酸酯和/或四苯基间苯二酚二磷酸酯的复合阻燃剂对基体组分进行改性，使得本申请复合阻燃聚碳酸酯材料具有优异阻燃性能的同时，具有高的热变形温度。另外，通过抗跌落剂、抗冲击改性剂、润滑剂等组分的参与，还赋予了本申请复合阻燃聚碳酸酯材料优异的加工性能，制品外观平整光亮，无凸点、凹点等缺陷。正因本申请复合阻燃聚碳酸酯材料具有该优异的性能，扩展了其应用范围，如可以在制备电器外壳、电子元件外壳中的应用。

上述复合阻燃聚碳酸酯材料制备方法采用成熟的熔融挤出工艺进行制备，其工艺简单，工艺条件易控，且制备出的复合阻燃聚碳酸酯材料性能稳定。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种阻燃性好的同时具有高的热变形温度的复合阻燃聚碳酸酯材料。

一种复合阻燃聚碳酸酯材料，其包括以及阻燃剂以及如下重量百分比的组分：

具体地，上述聚碳酸酯树脂（PC）或者聚碳酸酯树脂与有机硅聚碳酸酯树脂一起构成该复合阻燃聚碳酸酯材料的基体组分。在优选实施例中，该聚碳酸酯树脂选用MI=8～20（300℃/1.2kg，下文中MI值也是相同的300℃/1.2kg条件）的聚碳酸酯树脂，或者选用沙特基础创新塑料公司（SABIC）生产的MI=8～20的树脂。

在另一优选实施例中，当有机硅聚碳酸酯树脂含量不为0时，该有机硅聚碳酸酯树脂选用MI为8～20的有机硅聚碳酸酯树脂。

在又一优选实施例中，有机硅聚碳酸酯树脂含量不为0，且该聚碳酸酯树脂选用MI=8～20的聚碳酸酯树脂，或者选用沙特基础创新塑料公司（SABIC）生产的MI=8～20的树脂；该有机硅聚碳酸酯树脂选用MI为8～20的有机硅聚碳酸酯树脂。

在具体实施例中，该PC可选用酯交换发和光气发生产的PC树脂MI=8～20均可，其用量可以是80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%等；该有机硅聚碳酸酯树脂可选用Sabic塑料的PC树脂Class8，其用量可以是0%、5%、8%、10%、12%、15%、18%、20%等。

上述各优选实施例中的PC和有机硅聚碳酸酯树脂具有优异的高韧性与尺寸稳定性等优点，将其与上述阻燃剂左右后，具有优异机械性能的基材上，具有更优异的热稳定性。

上述实施例中的阻燃剂包括有粉体硅镁石无机阻燃剂与四苯基(双酚-A)二磷酸酯（BDP）和/或四苯基间苯二酚二磷酸酯（RDP）的复合阻燃剂。其中，该复合阻燃剂中的粉体硅镁石无机阻燃剂占复合阻燃聚碳酸酯材料总重量的0.2～1%，BDP和/或RDP占复合阻燃聚碳酸酯材料总重量的0.5～2%。该复合阻燃剂与上述PC或者PC与有机硅聚碳酸酯树脂复合物作用，能有效降低BDP和/或RDP的使用量的同时，使得该实施例复合阻燃聚碳酸酯材料的阻燃性能符合UL94V0的标准的同时具有高的热变形温度。

作为本发明的优选实施例，该粉体硅镁石无机阻燃剂中的硅镁石粒径为0.1～1.5μm，平均粒径为1.1μm。在具体实施例中，该粉体硅镁石无机阻燃剂可以选用深圳联合鑫科技生产的LHX-999无机阻燃剂，其用量可以是0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1%等。该优选粒径的粉体硅镁石在使得上述复合阻燃聚碳酸酯材料具有优异阻燃和高热变形温度的同时，还能使得复合阻燃聚碳酸酯材料制品外观平整，无凸点、凹点等缺陷。

在另一优选实施例中，上述阻燃剂含有粉体硅镁石无机阻燃剂、BDP和RDP的复合阻燃剂。其中，BDP与RDP的重量比为1：1～2。。

上述抗冲击改性剂和抗冲击改性剂等改性剂组分能与上述基体组分作用，其基体组分改性，改善基体组分的机械性能，如抗冲击性能、韧性等以及加工性能。同时，该改性剂不会影响上述阻燃剂与基体组分间的作用。因此，

在优选实施例中，上述抗跌落剂为苯乙烯-丙烯腈共聚物包覆的改性聚四氟乙烯。具体地可以是上海安特洛普化学公司TN3500是一种SAN包覆的改性聚四氟乙烯粉末，其用量可以是0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%等百分含量。

在优选实施例中，上述抗冲击改性剂选用罗门哈斯生产的MBS Paraloid、Exl-2691A、Arkema的MBS E920、钟渊化学的MBS M521中的至少一种。其用量可以是1%、1.2%、1.5%、1.8%、2.0%、2.2%、2.5%、2.8%、3.0%等百分含量。

上述润滑剂能使得各组分在熔融挤出过程中分散均匀，提高上述复合阻燃聚碳酸酯材料的稳定性能，同时使得复合阻燃聚碳酸酯材料具有光滑的表面。在优选实施例中，该润滑剂为PETS、E腊、硅氧烷类润滑剂中的至少一种。在具体实施例中，其用量可以是0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、等百分含量。

上述抗氧剂组分的存在，能提高上述复合阻燃聚碳酸酯材料的抗老化性能，如耐热、氧、天候老化、静态老化等耐老化性，同时不会对上述阻燃剂与基体组分间的作用造成影响，保证了上述实施例复合阻燃聚碳酸酯材料的阻燃性和高热变形温度等特性。因此，优选实施例中，抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯酚)亚磷酸酯，具体的可以是双键化工股份的Chinox168。

由上所述，上述复合阻燃聚碳酸酯材料采用聚碳酸酯或聚碳酸酯树脂与有机硅聚碳酸酯树脂复合物为基体组分，采用包括有粉体硅镁石与四苯基(双酚-A)二磷酸酯和/或四苯基间苯二酚二磷酸酯的复合阻燃剂对基体组分进行改性，使得本申请复合阻燃聚碳酸酯材料具有优异阻燃性能的同时，具有高的热变形温度，具体的阻燃性能、热变形温度等性能如下表所示。另外，通过抗跌落剂、抗冲击改性剂、润滑剂等组分的参与，还赋予了本申请复合阻燃聚碳酸酯材料优异的加工性能，制品外观平整光亮，无凸点、凹点等缺陷。其次，还可以对上述复合阻燃聚碳酸酯材料实施例中的各组分的种类和含量的进一步优化控制，实现对复合阻燃聚碳酸酯材料的阻燃性、热变形温度、机械性能和加工性能的优化。

相应地，本发明实施例还提供了一种条件易控的具有高热变形温度的复合阻燃聚碳酸酯材料的方法。该方法可以用来制备上述复合阻燃聚碳酸酯材料，具体地，该方法包括如下步骤：

S01.称取配方组分：按照上述的复合阻燃聚碳酸酯材料的配方称取各组分；

S02.混料处理后熔融挤出处理：将称取的各组分进行混料处理后进行熔融挤出造粒。

具体地，上述步骤S01中的复合阻燃聚碳酸酯材料的配方以及配方中的各组分优选含量和种类如上文所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。

上述步骤S02中，各组分的混料处理可以按照现有常规混料方法进行，如直接将各组分混合进行搅拌混匀，可以采用混料机实现混料处理，提高效率。

该步骤S02中的熔融挤出处理可以采用本领域常规的熔融挤出设备和挤出工艺条件进行，为了使得制备的复合阻燃聚碳酸酯材料的阻燃性能、热变形温度和机械性能更优，在优选实施例中，该熔融挤出处理的温度为260～280℃。其熔融挤出设备优选为双螺杆挤出机。

上述复合阻燃聚碳酸酯材料制备方法采用成熟的熔融挤出工艺进行制备，其工艺简单，工艺条件易控，且制备出的复合阻燃聚碳酸酯材料性能稳定。另外，其制备方法对设备要求低的特点，适于工业化生产。

正是由于上述复合阻燃聚碳酸酯材料具有优异的阻燃性、高的热变形温度、机械性能和加工性能以及可采用工艺简单、易控且成熟的制备方法制备获得，因此，该复合阻燃聚碳酸酯材料在制备电器外壳、电子元件外壳中的应用。具体的可以用该复合阻燃聚碳酸酯材料制备充电器外壳、电表外壳、手机等等。

实施例1

一种复合阻燃聚碳酸酯材料及其制备方法，该复合阻燃聚碳酸酯材料包括如下表1中重量百分比的组分：

表1

其制备方法：将表1中的各组分按照比例进行混料处理，直至各组分混合均匀，然后将混合物料从喂料口喂入双螺杆机中进行熔融挤出后造粒，其中，挤出过程中各段温度为220℃、250℃、260℃、260℃、260℃、270℃、280℃、270℃、260℃、260℃，螺杆转速n=350rpm。

实施例2

一种复合阻燃聚碳酸酯材料及其制备方法，该复合阻燃聚碳酸酯材料包括如下表2中重量百分比的组分：

表2

其制备方法：将表2中的各组分按照比例进行混料处理，直至各组分混合均匀，然后将混合物料从喂料口喂入双螺杆机中进行熔融挤出后造粒，其中，挤出过程中各段温度为220℃、250℃、260℃、260℃、260℃、270℃、280℃、270℃、260℃、260℃，螺杆转速n=350rpm。

实施例3

一种复合阻燃聚碳酸酯材料及其制备方法，该复合阻燃聚碳酸酯材料包括如下表3中重量百分比的组分：

表3

其制备方法：将表3中的各组分按照比例进行混料处理，直至各组分混合均匀，然后将混合物料从喂料口喂入双螺杆机中进行熔融挤出后造粒，其中，挤出过程中各段温度为220℃、250℃、260℃、260℃、260℃、270℃、280℃、270℃、260℃、260℃，螺杆转速n=350rpm。

实施例4

一种复合阻燃聚碳酸酯材料及其制备方法，该复合阻燃聚碳酸酯材料包括如下表4中重量百分比的组分：

表4

其制备方法：将表4中的各组分按照比例进行混料处理，直至各组分混合，然后将混合物料从喂料口喂入双螺杆机中进行熔融挤出后造粒，其中，挤出过程中各段温度为220℃、250℃、260℃、260℃、260℃、270℃、280℃、270℃、260℃、260℃，螺杆转速n=350rpm。

对比例1、2

两种复合阻燃聚种复合阻燃聚碳酸酯材料及其制备方法，该复合阻燃聚碳酸酯材料包括如下表5中重量百分比的组分：

表5

性能测试：

将上述实施例1至实施例4制备的复合阻燃聚碳酸酯材料以及对比例1、2复合阻燃聚碳酸酯材料进行下述表中的相关性能测试，各项性能结果见下表6。

表6

由表6中测试数据可知，对比例1阻燃要做到V0（不超过50s）阻燃剂BDP加入量达6%、此时的热变形温度为115℃。在对比例2中、BDP添加量1.8%热变形温度大127℃，但阻燃又达不到V0等级。由此可知，本发明实施例复合阻燃聚碳酸酯材料采用包括有粉体硅镁石与四苯基(双酚-A)二磷酸酯和/或四苯基间苯二酚二磷酸酯的复合阻燃剂对基体组分进行改性，使得本申请复合阻燃聚碳酸酯材料具有优异阻燃性能的同时，具有高的热变形温度，具体的阻燃性能、热变形温度等性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合阻燃聚碳酸酯材料，其包括如下重量百分比的组分：

还包括阻燃剂，所述阻燃剂为包括有粉体硅镁石无机阻燃剂与四苯基(双酚-A)二磷酸酯和/或四苯基间苯二酚二磷酸酯的复合阻燃剂，且所述粉体硅镁石无机阻燃剂占复合阻燃聚碳酸酯材料总重量的0.2～1%，所述四苯基(双酚-A)二磷酸酯和/或四苯基间苯二酚二磷酸酯占复合阻燃聚碳酸酯材料总重量的0.5～2%。

2.根据权利要求1所述的复合阻燃聚碳酸酯材料，其特征在于：所述聚碳酸酯树脂选用MI为8～20的聚碳酸酯树脂或选用沙特基础创新塑料公司生产的MI为8～20的树脂，和/或有机硅聚碳酸酯树脂的MI为10～20。

3.根据权利要求1所述的复合阻燃聚碳酸酯材料，其特征在于：所述粉体硅镁石无机阻燃剂中的硅镁石粒径为0.1～1.5μm。

4.根据权利要求1～3任一项所述的复合阻燃聚碳酸酯材料，其特征在于：所述抗跌落剂为苯乙烯-丙烯腈共聚物包覆的改性聚四氟乙烯。

5.根据权利要求1～3任一项所述的复合阻燃聚碳酸酯材料，其特征在于：所述抗冲击改性剂选用罗门哈斯生产的MBS Paraloid、Exl-2691A、MBS E920、MBS M521中的至少一种。

6.根据权利要求1～3任一项所述的复合阻燃聚碳酸酯材料，其特征在于：所述润滑剂为PETS、E腊、硅氧烷类润滑剂中的至少一种。

7.根据权利要求1～3任一项所述的复合阻燃聚碳酸酯材料，其特征在于：所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯酚)亚磷酸酯、β(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯中的一种或两种复合。

8.一种复合阻燃聚碳酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：

按照权利要求1～7任一项所述的复合阻燃聚碳酸酯材料的配方称取各组分；

将称取的各组分进行混料处理后进行熔融挤出造粒。

9.根据权利要求8所述的复合阻燃聚碳酸酯材料的制备方法，其特征在于：所述熔融挤出的温度为260～280℃。

10.权利要求1～7任一项所述的复合阻燃聚碳酸酯材料在制备电器外壳、电子元件外壳中的应用。