CN103602052B - 一种透明阻燃pc材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透明阻燃PC材料，由以下质量份数的原料组成：PC树脂94.3~98.8份、主阻燃剂0.2~0.5份、协效阻燃剂0.2~2.0份、主抗氧剂0.2~1.0份、辅助抗氧剂0.2~1.0份、紫外线吸收剂0.2~0.6份和UV-770光猝灭剂0.2~0.6份。本发明协效阻燃剂中同时含有P、N和Si三种阻燃元素，与磺酸盐类阻燃剂有极佳的协同阻燃作用，加入极少量的阻燃剂即可使1.2mm厚度样条的阻燃性能达到UL94？V-0级。本发明制备方法简单，工艺操作易于实现，成产成本低廉，所得PC材料具有高透明性、无卤环保、适应性广，在汽车、电子电器、建筑材料和军工等领域中可得到广泛的应用。

Description

一种透明阻燃PC材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种透明阻燃PC材料，本发明还涉及一种透明阻燃PC材料的制备方法。

背景技术

PC树脂作为一种通用工程塑料，具有透明度高、光稳定性好、尺寸稳定性好、韧性佳、机械强度高等优异性能，在各个工业领域得到了广泛的应用。但未经改性的PC树脂的阻燃性能一般，极限氧指数24~28，阻燃性能仅能达到HB或LU94V-2级别，在一定程度上限制了其在高火灾隐患情况下的使用。

传统的卤素阻燃PC材料往往需要加入锑的氧化物作为协效剂，而这种协效剂极易引起PC树脂中的主链降解，导致PC材料的性能下降和PC材料表面出现气纹等缺陷，且卤素阻燃PC材料会彻底丧失PC树脂所具有的透光性，所得PC材料的透光性低。

由于有机磷酸酯类无卤阻燃剂具有价格低廉、阻燃效果好和无卤环保等特点，现被广泛用于PC材料的制造，然而有机磷酸酯类无卤阻燃剂多为液体或熔点很低的固体，其添加量要达到15-25%才能获得理想的阻燃效果，大量的有机磷酸酯类无卤阻燃剂对PC材料起到了明显的增塑作用，从而大幅度降低了PC材料的耐热水平；同时，使用有机磷酸酯类无卤阻燃剂制备的PC材料在不额外添加其他增韧剂的情况下，其韧性不尽如人意，严重影响了PC材料的机械性能和透明性能。

现也有磺酸盐类和有机硅类新型无卤阻燃剂在PC材料的制备方面得到了广泛的应用，但磺酸盐类阻燃剂存在价格昂贵、难于充分分散、单独使用阻燃效果不佳等缺陷。而有机硅类阻燃剂通常为液态物质，实际加工时存在难于计量、加工不方便、价格高昂等问题；同时，要获得较高的阻燃级别，有机硅类阻燃剂的添加量也要相应提高，从而影响PC材料的耐热性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种加工方便、价格低廉、耐热性能高、机械性能良好的高透明高阻燃PC材料。

为了解决现有技术问题，本发明通过以下技术方案实现的。

一种透明阻燃PC材料，由以下质量份数的原料组成：PC树脂94.3~98.8份、主阻燃剂0.2~0.5份、协效阻燃剂0.2~2.0份、主抗氧剂0.2~1.0份、辅助抗氧剂0.2~1.0份、紫外线吸收剂0.2~0.6份和UV-770光猝灭剂0.2~0.6份。

所述PC树脂为熔体流动速率MI=2~38g/10min。

所述主阻燃剂为苯磺酰基苯磺酸钾或全氟丁基磺酸钾。

所述协效阻燃剂为烷基氨基硅烷（亚）磷酸盐，其结构简式为通式I所示：

I式中，R₁和R₂为（CH₂）_m，其中，1≤m≤6；

R₃为（CH₂）_kCH₃，其中，0≤k≤5；

R为（CH₂）_pCH₃或苯基，其中，0≤p≤5；

1≤n≤6。

所述烷基氨基硅烷（亚）磷酸盐的具体制备方法为：将多氨基硅烷与烷基（苯基）二氯化磷或烷基（苯基）二氯氧磷按摩尔比1~2：1的比例置于反应釜中混合，在搅拌的条件下加热混合物至70~80℃，同时采用废气吸收装置除去反应生成的HCl气体；反应40~60min，降温至20~30℃，然后放出反应釜中的混合物，抽滤后用温度为4~15℃的去离子水洗涤，再过滤、烘干、粉碎，得到烷基氨基硅烷（亚）磷酸盐。

所述主抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂MD-697中的任一种或几种的组合。

所述辅助抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂412S中的任一种或两种的组合。

所述紫外线吸收剂为UV-329、UV-328、UV-234和UV-531中的任一种或几种的组合。

本发明的另一目的在于提出一种透明阻燃PC材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将PC树脂在温度为120~130℃的条件下进行干燥4~8h，至PC树脂含水量低于0.02%；

2）称取配方比的原料，将原料混合并搅拌均匀；

3）将经步骤2）之后的原料加入同向双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，双螺杆挤出机各区的温度均为250~280℃；

4）将经步骤3）挤出后的原料进行牵引、冷却、切粒工艺，得到透明阻燃PC材料。

本发明使用的烷基氨基硅烷（亚）磷酸盐协效阻燃剂同时含有P、N和Si三种阻燃元素，与磺酸盐类阻燃剂有极佳的协同阻燃作用，同时还具有一定的抗滴落效果，加入0.2-2.0%的协效阻燃剂即可使1.2mm厚度样条的阻燃性能达到UL94V-0级。

本发明使用的烷基氨基硅烷（亚）磷酸盐分子结构中含有硅氧键，与PC树脂的相容性好，赋予PC材料优异阻燃性能的同时基本不损失PC材料的机械性能、耐热性能和加工性能，且还不影响材料透光性，所得PC材料具有高透光性。

另外，本发明使用的烷基氨基硅烷（亚）磷酸盐协效阻燃剂在常温下呈固态，便于贮存、运输及使用，其成本低廉，操作方便。

本发明制备方法简单，工艺操作易于实现，成产成本低廉，所得PC材料无卤环保，适应性广，可在汽车、电子电器、建筑材料和军工等领域得到广泛的应用。

具体实施方式

本发明揭示了一种透明阻燃PC材料，由以下质量份数的原料组成：PC树脂94.3~98.8份、主阻燃剂0.2~0.5份、协效阻燃剂0.2~2.0份、主抗氧剂0.2~1.0份、辅助抗氧剂0.2~1.0份、紫外线吸收剂0.2~0.6份和UV-770光猝灭剂0.2~0.6份。

本发明PC树脂为熔体流动速率MI=2~38g/10min，具体可选自韩国LG公司生产的型号为1200-03、1201-05、1201-08、1201-10、1201-15、1201-18、1201-22的PC树脂，日本帝人化成株式会社生产的型号为K-1300Y、L-1225Y、L-1250Y的PC树脂，日本出光兴产株式会社生产的型号为IR1700、IR1900、IR2200、IR2500、IR2600的PC树脂，韩国三星生产的型号为SC-1100R、SC-1220R的PC树脂，德国拜耳生产的型号为2205、2400的PC树脂，沙特基础工业公司生产的型号为133、133R、134R、141、141R、143、143R、143X、144、144H、144R、153、153R、161、161R、163R、164H、164R的PC树脂。

本发明主阻燃剂为磺酸盐类阻燃剂，优选苯磺酰基苯磺酸钾或全氟丁基磺酸钾，苯磺酰基苯磺酸钾更具体的为由美国Arichem公司生产的KSS；全氟丁基磺酸钾更具体的为PPFBS、HES-FR或FR-2025，其中，PPFBS为高纯度全氟丁基磺酸钾，HES-FR由美国SOLSS公司生产，FR-2025由美国3M公司生产。

本发明协效阻燃剂为烷基氨基硅烷（亚）磷酸盐，其结构简式为通式I所示：

I式中，R₁和R₂为（CH₂）_m，其中，1≤m≤6；

R₃为（CH₂）_kCH₃，其中，0≤k≤5；

R为（CH₂）_pCH₃或苯基，其中，0≤p≤5；

1≤n≤6。

所述烷基氨基硅烷（亚）磷酸盐协效阻燃剂同时含有P、N和Si三种阻燃元素，与磺酸盐类阻燃剂有极佳的协同阻燃作用，同时还具有一定的抗滴落效果，加入0.2-2.0%的协效阻燃剂即可使1.2mm厚度样条的阻燃性能达到UL94V-0级。烷基氨基硅烷（亚）磷酸盐分子结构中含有硅氧键，与PC树脂的相容性好，赋予PC材料优异阻燃性能的同时基本不损失PC材料的机械性能、耐热性能和加工性能，且还不影响材料透光性，所得PC材料具有高透光性。此外，烷基氨基硅烷（亚）磷酸盐协效阻燃剂在常温下呈固态，便于贮存、运输及使用，其成本低廉，操作方便。

所述烷基氨基硅烷（亚）磷酸盐的具体制备方法为：将多氨基硅烷与烷基（苯基）二氯化磷或烷基（苯基）二氯氧磷按摩尔比1~2：1的比例置于反应釜中混合，在搅拌的条件下加热混合物至70~80℃，同时采用废气吸收装置除去反应生成的HCl气体；反应40~60min，降温至20~30℃，然后放出反应釜中的混合物，抽滤后用温度为4~15℃的去离子水洗涤，再过滤、烘干、粉碎，得到烷基氨基硅烷（亚）磷酸盐。所述多氨基硅烷优选γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷，烷基（苯基）二氯氧磷优选苯基二氯氧磷。

本发明以抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂MD-697中的任一种或几种的组合作为主抗氧剂，以抗氧剂168和抗氧剂412S中的任一种或两种的组合作为辅助抗氧剂，可更好的延缓或抑制PC树脂的氧化，更有效的阻止了PC材料的老化，延长了其使用寿命。

为了防止PC树脂材料受紫外线照射而外观发生变化，本发明中还添加有紫外线吸收剂，进一步延长了PC树脂的使用寿命。所述紫外线吸收剂为UV-329、UV-328、UV-234和UV-531中的任一种或几种的组合。

本发明的另一目的在于提出一种透明阻燃PC材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将PC树脂在温度为120~130℃的条件下进行干燥4~8h，至PC树脂含水量低于0.02%；

2）称取配方比的原料，将原料混合并搅拌均匀；

3）将经步骤2）之后的原料加入同向双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，双螺杆挤出机各区的温度均为250~280℃；

4）将经步骤3）挤出后的原料进行牵引、冷却、切粒工艺，得到透明阻燃PC材料。

为了本领域技术人员的理解，以下通过具体实施例对本发明做进一步详细的描述。

实施例1

一种透明阻燃PC材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将型号为L-1225Y的PC树脂在温度为120℃的条件下进行干燥8h，至PC树脂含水量低于0.02%；

2）称取94.3份的PC树脂、0.2份的KSS、0.2份的协效阻燃剂、0.2份的抗氧剂1010、0.2份的抗氧剂412S、0.2份的UV-329和0.2份的UV-770光猝灭剂，将所称取的原料混合并搅拌均匀；

3）将经步骤2）之后的原料加入同向双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，双螺杆挤出机各区的温度均为250℃；

4）将经步骤3）挤出后的原料进行牵引、冷却、切粒工艺，得到透明阻燃PC材料。

实施例2

一种透明阻燃PC材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将型号为1201-10的PC树脂在温度为125℃的条件下进行干燥6h，至PC树脂含水量低于0.02%；

2）称取96份的PC树脂、0.3份的PPFBS、0.7份的协效阻燃剂、0.5份的抗氧剂1076、0.5份的抗氧剂168、0.3份的UV-328和0.3份的UV-770光猝灭剂，将所称取的原料混合并搅拌均匀；

3）将经步骤2）之后的原料加入同向双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，双螺杆挤出机各区的温度均为260℃；

4）将经步骤3）挤出后的原料进行牵引、冷却、切粒工艺，得到透明阻燃PC材料。

实施例3

一种透明阻燃PC材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将型号为1201-10的PC树脂在温度为130℃的条件下进行干燥4h，至PC树脂含水量低于0.02%；

2）称取97份的PC树脂、0.4份的FR-2025、1.2份的协效阻燃剂、0.8份的抗氧剂MD-697、0.8份的抗氧剂168、0.5份的UV-234和0.5份的UV-770光猝灭剂，将所称取的原料混合并搅拌均匀；

3）将经步骤2）之后的原料加入同向双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，双螺杆挤出机各区的温度均为270℃；

4）将经步骤3）挤出后的原料进行牵引、冷却、切粒工艺，得到透明阻燃PC材料。

实施例4

一种透明阻燃PC材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将型号为L-1225Y的PC树脂在温度为125℃的条件下进行干燥5h，至PC树脂含水量低于0.02%；

2）称取98.8份的PC树脂、0.5份的HES-FR、2.0份的协效阻燃剂、1.0份的抗氧剂1010、1.0份的抗氧剂412S、0.6份的UV-531和0.6份的UV-770光猝灭剂，将所称取的原料混合并搅拌均匀；

3）将经步骤2）之后的原料加入同向双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，双螺杆挤出机各区的温度均为280℃；

4）将经步骤3）挤出后的原料进行牵引、冷却、切粒工艺，得到透明阻燃PC材料。

对上述实施例中所得到的的透明阻燃PC材料进行注射成型工艺，成型后得到标准测试样条，对样条进行测试，测试结果如表1所示。其中，注射成型工艺的条件为：注射温度为260~280℃，保压时间为6~10s，注射压力为40~80MPa。

表1透明阻燃PC材料各项性能的测试结果

性能	单位	测试标准	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
							密度	g/cm3	ASTM D792	1.18	1.2	1.19	1.21
拉伸强度（23℃）	MPa	ASTM D638	59.8	61.2	59.3	60.5
							弯曲模量（23℃）	MPa	ASTM D790	2126	2025	2154	2087
缺口冲击强度（23℃）	J/m	ASTM D256	748	737	755	731
							熔体流动速率（300℃，1.2kg）	g/10min	ASTM D1238	12.9	11.6	14.1	12.4
热变形温度（1.82MPa）	℃	ASTM D648	124	126	122	128
							阻燃性能（1.2mm）	-	UL 94	V-0	V-0	V-0	V-0
透光率	%	ASTM D1003-2011	86	83	85	88

由实施例及表1结果可知，本发明所得的PC材料具有高透明性、高阻燃性，烷基氨基硅烷（亚）磷酸盐协效阻燃剂与磺酸盐类阻燃剂起到了极佳的协同阻燃作用，添加极少量的阻燃剂即可使1.2mm厚度样条的阻燃性能达到UL94V-0级。此外，所得PC材料的机械性能、耐热性能和加工性能良好，可在汽车、电子电器、建筑材料、军工等领域中得到广泛的应用。

上述实施例中提到的内容并非是对本发明的限定，在不脱离本发明的发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种透明阻燃PC材料，由以下质量份数的原料组成：PC树脂94.3~98.8份、主阻燃剂0.2~0.5份、协效阻燃剂0.2~2.0份、主抗氧剂0.2~1.0份、辅助抗氧剂0.2~1.0份、紫外线吸收剂0.2~0.6份和UV-7700.2~0.6份；

所述PC树脂的熔体流动速率MI=2~38g/10min；

所述主阻燃剂为苯磺酰基苯磺酸钾或全氟丁基磺酸钾；

所述协效阻燃剂为烷基氨基硅烷磷酸盐，其结构简式为通式I所示：

——通式I

I式中，R₁和R₂为（CH₂）_m，其中，1≤m≤6；

R₃为（CH₂）_kCH₃，其中，0≤k≤5；

R为（CH₂）_pCH₃或苯基，其中，0≤p≤5；

1≤n≤6；

所述主抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂MD-697中的任一种或几种的组合；

所述辅助抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂412S中的任一种或两种的组合；

所述紫外线吸收剂为UV-329、UV-328、UV-234和UV-531中的任一种或几种的组合。

2.一种根据权利要求1所述的透明阻燃PC材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将PC树脂在温度为120~130℃的条件下进行干燥4~8h，至PC树脂含水量低于0.02%；

2）称取配方比的原料，将原料混合并搅拌均匀；

3）将经步骤2）之后的原料加入同向双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出，双螺杆挤出机各区的温度均为250~280℃；

4）将经步骤3）挤出后的原料进行牵引、冷却、切粒工艺，得到透明阻燃PC材料。