CN103509325A - 一种高透明性隔热阻燃阻紫外型聚碳酸酯材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高透明性隔热阻燃阻紫外型聚碳酸酯材料及制备方法，材料的阻燃级别达到V0级，氧指数极限值≥39，可见光透过率≥80%，红外线透过率≤40%，紫外线透过率≤10%。一种高透明性隔热阻燃阻紫外型聚碳酸酯材料的组成和质量为：聚碳酸酯97~99.97份、阻燃剂0.01~1份、红外线吸收剂0.01~1份、紫外线吸收剂0.01~1份、分散剂0.1~5份。该材料既具有较高透明度，同时又具有较好的阻燃性和较高的阻隔太阳光中红外线、紫外线的穿透能力，特别适用于对阻燃性能、透光性能、以及隔热、紫外老化要求较高的建筑装饰、电子电气仪表防护罩等方面。

Description

一种高透明性隔热阻燃阻紫外型聚碳酸酯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高透明性隔热阻燃阻紫外型聚碳酸酯材料及制备方法。 

背景技术

聚碳酸酯(PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族PC的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族PC获得了工业化生产。由于PC结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。 

PC材料在很宽范围（-40~130℃）内有良好的力学性能（高抗冲击性和耐蠕变性），具有高透明度、良好的尺寸稳定性和电绝缘性，作为工程塑料广泛用于透明材料、电器零部件、医疗器械和机械罩壳等。 

随着PC制品的广泛使用，各行各业对PC的性能也提出了更多新的要求，如，一些直接在户外使用的装饰类产品，不仅要求其具有较高的透明性，同时还要求具备一定的防火阻燃性能；另外，对于一些户外使用的电子电气仪表防护罩，如电网计量箱，还要求其在具有较高的透明性和电气性能的前提下，同时具备对太阳光中红外线、紫外线的阻隔作用，以保证计量箱箱体内的电表及其它电子器件，免受太阳光中红外线高温、紫外线老化等破坏。 

但是，在现有的PC材料中，对于透明PC的改性应用，主要集中在具有一定散光性的LED灯罩方面，具有高透明度的同时、阻燃性能通过UL-94测试标准能达到V0级的并不多见，而且普遍存在制备工艺复杂，制备成本高的缺点。 

要使普通的非阻燃材料获得较好的防火阻燃性能，常规的做法是在此类材料中添加一定量的阻燃剂，利用阻燃剂的吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、不燃气体的窒息作用等来达到阻燃目的。阻燃效率的好坏除了取决于阻燃剂的种类，更重要的是取决于阻燃剂在塑料基体中的分散效果。对于非透明材料的阻燃性能研究较多，而对于透明材料，尤其是具有高透明性的阻燃PC 的制备研究，目前涉及较少。 

同时，对于在户外使用的建筑装饰板、电子电气仪表防护罩等材料，不仅要求其具有一定的防火阻燃效果，同时还要求其具有一定的透明度，即要求太阳光中可见光部分有较高的透过率。但是，在太阳光中，除了有一定波长的可见光外，还在波长较小、能量较高的紫外光和波长稍长、致热性较高的红外光。如果这两种光线同样具有较高的透过率的话，会导致装饰板、防护罩后面所保护的器件在紫外光、红外光的共同作用下，发生紫外老化、热氧老化等破坏。因此，如何使建筑装饰板、电子电气仪表防护罩等材料在具有高的可见光透过率的同时，对紫外光、红外光又具有一定的阻隔作用，成为光保护材料的研究重点。 

掺铝氧化锌（ZAO）是一种新型n型半导体材料，禁带宽度为3.3eV，在可见光范围内具有较高的透光率，并对紫外光有本征吸收，对近红外光线有高度反射，广泛应用于太阳能电池板、气敏传感器、平板示显器等方面。要使ZAO半导体材料具有良好的透光性和紫外线本征吸收，就要求其禁带宽度大于可见光频率，并且在紫外光的范围内；要使ZAO半导体材料具有良好的近红外反射能力，就要求其具有一定的载流子浓度和迁移率。ZAO半导体材料可以能过调节组成比和制备工艺来实现其带隙结构、载流子浓度和迁移率的控制，从而达到其透光性、紫外线本征吸收和近红外线高度反射的相互统一。ZAO半导体材料与目前使用的铟锡氧化物（ITO）、锑锡氧化物（ATO）相比，具有生产成本低、资源丰富、无毒、稳定性好等特点，是取代ITO、ATO半导体材料的最佳材料。目前尚未有文献记载如何将ZAO与PC相结合得到一种应用广泛的阻隔太阳光热射线、同时又具有高透明性的复合材料。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种高透明性隔热阻燃阻紫外型聚碳酸酯材料及制备方法，其有效地将纳米ZAO和PC复合在一起，实现具有加工性能良好、紫外线、近红外线阻隔率和可见光透过率高、生产成本低、无毒环保等优点。 

为实现上述技术目的，本发明提供的方案是：一种高透明性阻燃隔热阻紫外型聚碳酸酯材料，其组成和质量组分为：聚碳酸酯97~99.97份，阻燃剂0.01~5份，红外线吸收剂0.01~5份，紫外线吸收剂0.01~5份，分散剂0.01~1份。 

而且，所述聚碳酸酯是双酚A型聚碳酸酯，透光率为80%~90%，熔融指数范围为5~25g·10min^-1。 

而且，所述阻燃剂是无机阻燃剂、卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、全氟磺酸盐类阻燃剂中的至少一种，优选为全氟磺酸盐类阻燃剂。 

而且，所述红外线吸收剂为纳米掺铝氧化锌、纳米氧化锡锑、纳米铟锡氧化物中的至少一种，但不局限于其中。 

而且，所述纳米掺铝氧化锌为经偶联剂处理的纳米掺铝氧化锌，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的至少一种，但不局限于其中。 

而且，所述紫外线吸收剂为水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类中的至少一种，但不局限于其中。 

而且，所述分散剂是石蜡油、硅油、乙醇、乙二醇、丙三醇、异丙醇、正丁醇中的至少一种，但不局限于其中。 

而且，所述一种高透明性阻燃隔热阻紫外型聚碳酸酯材料，还可以包含可接受的惰性助剂或者填料，如透明着色染料。 

本发明还提供一种上述高透明性阻燃隔热阻紫外型聚碳酸酯材料的制备方法，包括如下步骤。 

步骤一，按重量比称取聚碳酸酯97~99.97份、阻燃剂0.01~5份、红外线吸收剂0.01~5份、紫外线吸收剂0.01~5份、分散剂0.01~1份。 

步骤二，将步骤一的原料高速混合5～10分钟。 

步骤三，将步骤二获得的混合物在烘箱中100～120℃干燥4小时后，通过螺杆挤出机熔融、拉条、切粒。 

而且，可将所述步骤三获得的混合物直接通过吹塑成型、或挤出膜成型、或平板压制成型、或注射成型。 

本发明的有益效果是：（1）产品在具备较高的可见光透过率同时，具有对紫外线、近红外线较强的阻隔能力，其中可见光的透过率达80%以上，对红外线的阻隔率高达60%以上，具有优异的隔热性能，紫外线的阻隔率高达90%以上，具有优异的抗紫外老化性能；（2）具有极高的防火阻燃效果，阻燃级别达到V0级，复合材料的最高极限氧浓度高达39%，远远高出目前市场上所用的阻燃型PC；（3）力学性能，如拉伸强度、抗冲击强度相对原料PC变化较小；（4）具有加工性能良好、生产成本低廉、无毒环保等特点，可以将各组分经双螺杆挤出机熔融挤出造粒、制备成母料后，配合纯PC加入到注射机中注射成型，也可以直接将各组份简单混合后经注射机注射成型，生产过程中工艺控制简单，设备占有少，产品性能稳定，生产成本低廉；（5）特别适用于对隔热性能为主，兼透光性能、阻燃性能和抗紫外老化性能要求较高的建筑装饰板材、电子电气仪表防护罩等方面。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。 

本实施例提供一种高透明性阻燃隔热阻紫外型聚碳酸酯材料，其组成和质量组分为：聚碳酸酯97~99.97份，阻燃剂0.01~5份，红外线吸收剂0.01~5份，紫外线吸收剂0.01~5份，分散剂0.01~1份。 

进一步的，上述聚碳酸酯是双酚A型聚碳酸酯，透光率为80%~90%，熔融指数范围为5~25g·10min^-1。 

进一步的，上述阻燃剂是无机阻燃剂、卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、全氟磺酸盐类阻燃剂中的至少一种，优选为全氟磺酸盐类阻燃剂。 

进一步的，上述红外线吸收剂为纳米掺铝氧化锌、纳米氧化锡锑、纳米铟锡氧化物中的至少一种。 

进一步的，上述纳米掺铝氧化锌为经偶联剂处理的纳米掺铝氧化锌，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的至少一种。 

进一步的，上述紫外线吸收剂为水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类中的至少一种。 

进一步的，上述分散剂是石蜡油、硅油、乙醇、乙二醇、丙三醇、异丙醇、正丁醇中的至少一种。 

进一步的，上述一种高透明性阻燃隔热阻紫外型聚碳酸酯材料，还可以包含可接受的惰性助剂或者填料。 

本实施例还提供一种上述高透明性阻燃隔热阻紫外型聚碳酸酯材料的制备方法，包括如下步骤。 

步骤一，按重量比称取聚碳酸酯97~99.97份、阻燃剂0.01~5份、红外线吸收剂0.01~5份、紫外线吸收剂0.01~5份、分散剂0.01~1份。 

步骤二，将步骤一的原料高速混合5～10分钟。 

步骤三，将步骤二获得的混合物在烘箱中100～120℃干燥4小时后，通过螺杆挤出机熔融、拉条、切粒。 

进一步的，可将所述步骤三获得的混合物直接通过吹塑成型、或挤出膜成型、或平板压制成型、或注射成型。 

进一步的，可以插入混入一些上述步骤中未提到的其它物质的步骤，或者在上述的任意一个步骤中，混入的物质还可以包括上述步骤中未提到的其他可接受的惰性助剂或者填料，如透明着色染料。 

实施例1：将双酚A型PC利用注塑机注射成测试标准样后，进行拉伸性能、阻燃性能测试和紫外-红外分光透光率测试，同时进行粒料熔体流动速率测试。材料性能见表1。 

实施例2：先将一定量的乙醇和正丁醇混合物分散10g阻燃剂（FR-2025），然后将上述分散液与4990g双酚A型PC进行混合干燥后，经双螺杆挤出造粒，进行粒料熔体流动速率测试，再利用注塑机注射成样品后，进行拉伸性能、阻燃性能测试和紫外-红外分光透光率和隔热板隔热性能测试-对强光照下板后黑板温度计温差测量。材料性能见表1。 

实施例3：先将一定量的乙醇和正丁醇混合物分散10g红外线吸收剂（ATO油性分散液），然后将上述分散液与4990g双酚A型PC进行混合干燥后，经双螺杆挤出造粒，进行粒料熔体流动速率测试，再利用注塑机注射成样品后，进行拉伸性能、阻燃性能测试和紫外-红外分光透光率测试。材料性能见表1。 

实施例4：先将一定量的乙醇和正丁醇混合物分散10g紫外线吸收剂（UV531），然后将上述分散液与4990g双酚A型PC进行混合干燥后，经双螺杆挤出造粒，进行粒料熔体流动速率测试，再利用注塑机注射成样品后，进行拉伸性能、阻燃性能测试和紫外-红外分光透光率测试。材料性能见表1。 

实施例5：先将一定量的乙醇和正丁醇混合物分散10g阻燃剂（FR-2025）、10g红外线吸收剂（ZAO油性分散液和GTO油性分散液）和10g份紫外线吸收剂（UV531），然后将上述分散液与4970g份双酚A型PC按一定比例进行混合后，经双螺杆挤出造粒，进行粒料熔体流动速率测试，再利用注塑机注射成样品后，进行拉伸性能、阻燃性能测试和紫外-红外分光透光率及隔热板隔热性能测试-对强光照下板后黑板温度计温差测量。材料性能见表1。 

表1 

。

本说明书中应用了具体实施例对本发明进行了阐述，只是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想在具体实施方式及应用范围上可能在实施过程中会有改变之处。因此，本说明书记载的内容不应理解为对本发明的限制。 

Claims (9)

1.一种高透明性阻燃隔热阻紫外型聚碳酸酯材料，其组成和质量组分为：

聚碳酸酯                          97~99.97份，

阻燃剂                             0.01~5份，

红外线吸收剂                    0.01~5份，

紫外线吸收剂                    0.01~5份，

分散剂                             0.01~1份。

2.根据权利要求1所述的一种高透明性阻燃隔热阻紫外型聚碳酸酯材料，其特征在于：所述聚碳酸酯是双酚A型聚碳酸酯，透光率为80%~90%，熔融指数范围为5~25g·10min^-1。

3.根据权利要求1所述的一种高透明性阻燃隔热阻紫外型聚碳酸酯材料，其特征在于：所述阻燃剂是无机阻燃剂、卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、全氟磺酸盐类阻燃剂中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种高透明性阻燃隔热阻紫外型聚碳酸酯材料，其特征在于：所述红外线吸收剂为纳米掺铝氧化锌、纳米氧化锡锑、纳米铟锡氧化物中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的一种高透明性阻燃隔热阻紫外型聚碳酸酯材料，其特征在于：所述纳米掺铝氧化锌为经偶联剂处理的纳米掺铝氧化锌，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种高透明性阻燃隔热阻紫外型聚碳酸酯材料，其特征在于：所述紫外线吸收剂为水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种高透明性阻燃隔热阻紫外型聚碳酸酯材料，其特征在于：所述分散剂是石蜡油、硅油、乙醇、乙二醇、丙三醇、异丙醇、正丁醇中的至少一种。

8.一种制备如权利要求1所述的一种高透明性阻燃隔热阻紫外型聚碳酸酯材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，按重量比称取聚碳酸酯97~99.97份、阻燃剂0.01~5份、红外线吸收剂0.01~5份、紫外线吸收剂0.01~5份、分散剂0.01~1份；

步骤二，将步骤一的原料高速混合5~10分钟；

步骤三，将步骤二获得的混合物在烘箱中100~120℃干燥4小时后，通过螺杆挤出机熔融、拉条、切粒。

9.根据权利要求8所述的一种高透明性阻燃隔热阻紫外型聚碳酸酯材料的制备方法，其特征在于：将所述步骤三获得的混合物直接通过吹塑成型、或挤出膜成型、或平板压制成型、或注射成型。