CN103709630A - 纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的pbt复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料，其组分按质量百分数配比为：PBT30%～70%、弹性体5%～20%、纳米粒子5%～20%、无卤阻燃剂18%～25%、表面处理剂0.1%～0.5%、润滑剂0.2%～1.5%、抗氧剂0.1%～1%。本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明所制得的PBT复合材料可以大大改善其制品缺口冲击强度不高的不足，具有优良的缺口冲击韧性、刚性、耐热性和保持较好的拉伸强度，而且无卤阻燃剂安全、抑烟、无毒和符合环保要求，因此具有优良的综合性能，可用于制作电子、电气、汽车工业、机械配件、设备等。

Description

纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料

技术领域

本发明涉及一种高分子材料，具体地说是一种纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料。

背景技术

聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）是一种结晶型线形饱和聚酯树脂，已被广泛应用在电子电器、家电、汽车工业等行业，但由于其存在缺口冲击强度低、脆性大、韧性不足、阻燃性低等缺点，限制它作为一种高分子结构材料在某些领域中的应用。现有技术采用弹性体增韧可以大幅度提高PBT的抗冲击性能，但同时也造成其强度、刚度、耐热性及加工性能的严重下降，同时成本也高；当采用刚性粒子增韧在一定条件下表现出同时增韧增强，但韧性的提高幅度有限。而对PBT阻燃改性通常是使用卤系阻燃剂，该阻燃剂的阻燃效果虽然很好，但在阻燃过程中产生二嗯英、呋喃等毒性物质，不能符合健康环保要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米粒子与弹性体并用增韧增强和显著提高刚性、强度、韧性和良好阻燃性能的纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料，其组分按质量百分数配比为：PBT 30%～70%、弹性体5%～20%、纳米粒子5%～20%、无卤阻燃剂18%～25%、表面处理剂0.1%～0.5%、润滑剂0.2%～1.5%、抗氧剂0.1%～1%。

所述的PBT为聚对苯二甲酸丁二醇酯，特性黏度为0.85～1.25dl/g。

所述的弹性体为聚烯烃弹性体（POE）、马来酸酐接枝聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶弹性体、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶弹性体、二元乙丙橡胶弹性体、马来酸酐接枝二元乙丙橡胶和乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）。

所述的纳米粒子为平均粒径在1nm～100nm之间的纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米高岭土和纳米氮化硅与碳化硅复配物中的一种。

所述的无卤阻燃剂为有机磷系阻燃剂、有机硅系阻燃剂或氮系阻燃剂，其中，有机磷阻燃剂包括磷酸酯阻燃剂、亚磷酸酯阻燃剂、膦酸酯阻燃剂和有机磷盐阻燃剂，有机硅系阻燃剂包括聚硅烷阻燃剂、聚硅氧烷阻燃剂和聚有机硅倍半硅氧烷阻燃剂，氮系阻燃剂包括三聚氰胺阻燃剂和三聚氰胺氰尿酸阻燃剂。

所述的表面处理剂为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸镁、钛酸酯、铝酸酯、硅烷和磷酸酯中的一种。

所述的润滑剂为聚硅氧烷或乙撑双硬酯酰胺。

所述的抗氧剂为主抗氧剂1076和辅助抗氧剂168的复配物。

上述的纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将PBT在130℃～140℃下干燥3～5小时，含水率控制在0.03%以下，待用；

（2）将纳米粒子与表面处理剂按重量配比称取后，加入超声振荡发生器或不低于3000转/分钟的高速混合机中，于80℃～110℃温度下搅拌10～60分钟，使表面处理剂均匀包覆纳米粒子，然后冷却至低于40℃制得表面处理的纳米粒子；

（3）按重量配比称取弹性体，并与上述表面处理的纳米粒子混合均匀，加入双辊筒开炼机或密炼机中，于120℃～140℃混炼5～10分钟，再经拉片、切料后制成弹性体/纳米粒子母粒；

（4）按重量配比称取干燥处理后的PBT、无卤阻燃剂、润滑剂和抗氧剂，加入高速混合机，同时加入弹性体/纳米粒子母粒，使充分混合3～5分钟；

（5）再将步骤（4）的混合物加入同向双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为120～400转/分钟，机筒温度在170℃～230℃，通过双螺杆挤出机共混、挤出造粒，即得纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料。

本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明所制得的PBT复合材料可以大大改善其制品缺口冲击强度不高的不足，具有优良的缺口冲击韧性、刚性、耐热性和保持较好的拉伸强度，而且无卤阻燃剂安全、抑烟、无毒和符合环保要求，因此具有优良的综合性能，可用于制作电子、电气、汽车工业、机械配件、设备等。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：

一种纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料，其组分按质量百分数配比为：PBT 50%、马来酸酐接枝聚烯烃弹性体15%、纳米碳酸钙15%、磷酸酯阻燃剂18%、硬脂酸0.4%、聚硅氧烷1.2%、主抗氧剂1076和辅助抗氧剂168的复配物0.4%，其中，PBT的特性黏度为0.85～1.25dl/g，纳米碳酸钙的平均粒径在1nm～100nm之间。

制备方法：（1）将PBT在130℃～140℃下干燥3～5小时，含水率控制在0.03%以下，待用；（2）将纳米碳酸钙与硬脂酸按重量配比称取后，加入超声振荡发生器或不低于3000转/分钟的高速混合机中，于80℃～110℃温度下搅拌10～60分钟，使硬脂酸均匀包覆纳米碳酸钙，然后冷却至低于40℃制得表面处理的纳米碳酸钙；（3）按重量配比称取马来酸酐接枝聚烯烃弹性体，并与上述表面处理的纳米碳酸钙混合均匀，加入双辊筒开炼机或密炼机中，于120℃～140℃混炼5～10分钟，再经拉片、切料后制成马来酸酐接枝聚烯烃弹性体/纳米碳酸钙母粒；（4）按重量配比称取干燥处理后的PBT、磷酸酯阻燃剂、聚硅氧烷和主抗氧剂1076和辅助抗氧剂168的复配物，加入高速混合机，同时加入马来酸酐接枝聚烯烃弹性体/纳米碳酸钙母粒，使充分混合3～5分钟；（5）再将步骤（4）的混合物加入同向双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为120～400转/分钟，机筒温度在170℃～230℃，通过双螺杆挤出机共混、挤出造粒，即得纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料。

实施例2：

一种纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料，其组分按质量百分数配比为：PBT 35%、三元乙丙橡胶弹性体20%、纳米二氧化硅20%、聚硅烷阻燃剂22%、硬脂酸钙0.5%、聚硅氧烷1.5%、主抗氧剂1076和辅助抗氧剂168的复配物1%，其中，PBT的特性黏度为0.85～1.25dl/g，纳米碳酸钙的平均粒径在1nm～100nm之间。

制备方法：（1）将PBT在130℃～140℃下干燥3～5小时，含水率控制在0.03%以下，待用；（2）将纳米二氧化硅与硬脂酸钙按重量配比称取后，加入超声振荡发生器或不低于3000转/分钟的高速混合机中，于80℃～110℃温度下搅拌10～60分钟，使硬脂酸钙均匀包覆纳米二氧化硅，然后冷却至低于40℃制得表面处理的纳米二氧化硅；（3）按重量配比称取三元乙丙橡胶弹性体，并与上述表面处理的纳米二氧化硅混合均匀，加入双辊筒开炼机或密炼机中，于120℃～140℃混炼5～10分钟，再经拉片、切料后制成三元乙丙橡胶弹性体/纳米二氧化硅母粒；（4）按重量配比称取干燥处理后的PBT、聚硅烷阻燃剂、聚硅氧烷和主抗氧剂1076和辅助抗氧剂168的复配物，加入高速混合机，同时加入三元乙丙橡胶弹性体/纳米二氧化硅母粒，使充分混合3～5分钟；（5）再将步骤（4）的混合物加入同向双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为120～400转/分钟，机筒温度在170℃～230℃，通过双螺杆挤出机共混、挤出造粒，即得纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料。

实施例3：

一种纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料，其组分按质量百分数配比为：PBT 70%、聚烯烃弹性体（POE）5%、纳米氮化硅与碳化硅复配物5%、三聚氰胺阻燃剂18%、硬脂酸镁0.1%、乙撑双硬酯酰胺1.5%、主抗氧剂1076和辅助抗氧剂168的复配物0.4%，其中，PBT的特性黏度为0.85～1.25dl/g，纳米氮化硅与碳化硅复配物的平均粒径在1nm～100nm之间。

制备方法：（1）将PBT在130℃～140℃下干燥3～5小时，含水率控制在0.03%以下，待用；（2）将纳米氮化硅与碳化硅复配物与硬脂酸镁按重量配比称取后，加入超声振荡发生器或不低于3000转/分钟的高速混合机中，于80℃～110℃温度下搅拌10～60分钟，使硬脂酸镁均匀包覆纳米氮化硅与碳化硅复配物，然后冷却至低于40℃制得表面处理的纳米氮化硅与碳化硅复配物；（3）按重量配比称取聚烯烃弹性体（POE），并与上述表面处理的纳米氮化硅与碳化硅复配物混合均匀，加入双辊筒开炼机或密炼机中，于120℃～140℃混炼5～10分钟，再经拉片、切料后制成POE /纳米氮化硅与碳化硅复配物母粒；（4）按重量配比称取干燥处理后的PBT、三聚氰胺阻燃剂、乙撑双硬酯酰胺和主抗氧剂1076和辅助抗氧剂168的复配物，加入高速混合机，同时加入POE /纳米氮化硅与碳化硅复配物母粒，使充分混合3～5分钟；（5）再将步骤（4）的混合物加入同向双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为120～400转/分钟，机筒温度在170℃～230℃，通过双螺杆挤出机共混、挤出造粒，即得纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料。

Claims (8)

1.一种纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料，其特征在于，其组分按质量百分数配比为：PBT 30%～70%、弹性体5%～20%、纳米粒子5%～20%、无卤阻燃剂18%～25%、表面处理剂0.1%～0.5%、润滑剂0.2%～1.5%、抗氧剂0.1%～1%。

2.根据权利要求1所述的纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料，其特征在于，所述的弹性体为聚烯烃弹性体（POE）、马来酸酐接枝聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶弹性体、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶弹性体、二元乙丙橡胶弹性体、马来酸酐接枝二元乙丙橡胶和乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）。

3.根据权利要求1所述的纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料，其特征在于，所述的纳米粒子为平均粒径在1nm～100nm之间的纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米高岭土和纳米氮化硅与碳化硅复配物中的一种。

4.根据权利要求1所述的纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料，其特征在于，所述的无卤阻燃剂为有机磷系阻燃剂、有机硅系阻燃剂或氮系阻燃剂，其中，有机磷阻燃剂包括磷酸酯阻燃剂、亚磷酸酯阻燃剂、膦酸酯阻燃剂和有机磷盐阻燃剂，有机硅系阻燃剂包括聚硅烷阻燃剂、聚硅氧烷阻燃剂和聚有机硅倍半硅氧烷阻燃剂，氮系阻燃剂包括三聚氰胺阻燃剂和三聚氰胺氰尿酸阻燃剂。

5.根据权利要求1所述的纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料，其特征在于，所述的表面处理剂为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸镁、钛酸酯、铝酸酯、硅烷和磷酸酯中的一种。

6.根据权利要求1所述的纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料，其特征在于，所述的润滑剂为聚硅氧烷或乙撑双硬酯酰胺。

7.根据权利要求1所述的纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为主抗氧剂1076和辅助抗氧剂168的复配物。

8.根据权利要求1所述的纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将PBT在130℃～140℃下干燥3～5小时，含水率控制在0.03%以下，待用；

（2）将纳米粒子与表面处理剂按重量配比称取后，加入超声振荡发生器或不低于3000转/分钟的高速混合机中，于80℃～110℃温度下搅拌10～60分钟，使表面处理剂均匀包覆纳米粒子，然后冷却至低于40℃制得表面处理的纳米粒子；

（3）按重量配比称取弹性体，并与上述表面处理的纳米粒子混合均匀，加入双辊筒开炼机或密炼机中，于120℃～140℃混炼5～10分钟，再经拉片、切料后制成弹性体/纳米粒子母粒；

（4）按重量配比称取干燥处理后的PBT、无卤阻燃剂、润滑剂和抗氧剂，加入高速混合机，同时加入弹性体/纳米粒子母粒，使充分混合3～5分钟；

（5）再将步骤（4）的混合物加入同向双螺杆挤出机中，控制螺杆转速为120～400转/分钟，机筒温度在170℃～230℃，通过双螺杆挤出机共混、挤出造粒，即得纳米粒子与弹性体共混和具有无卤阻燃的PBT复合材料。