CN103724971A

CN103724971A - 一种透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103724971A
Application number: CN201310752810.8A
Authority: CN
Inventors: 朱爱华; 赵志刚; 程方清; 张剑; 张远鹏
Original assignee: SHANGHAI CHANGWEI JINCI ENGINEERING PLASTIC Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI CHANGWEI JINCI ENGINEERING PLASTIC Co Ltd
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2014-04-16

Abstract

本发明公开了一种透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料及其制备方法，所述聚碳酸酯复合材料包含以下重量份的各组分：聚碳酸酯树脂900～980份，聚硅氧烷阻燃剂5～50份，磺酸盐阻燃剂1～10份，助剂5～50份。所述制备方法包括以下步骤：将聚碳酸树脂、聚硅氧烷阻燃剂、磺酸盐阻燃剂、助剂在高混机中混合，然后经双螺杆挤出造粒，干燥后注塑，即得。本发明一方面克服了溴系阻燃聚碳酸酯材料在燃烧和热裂解过程中产生四溴代二苯并二噁烷及四溴代双苯并呋喃等致癌物质的危害，另一方面具有优异的阻燃性能，达到美国UL94V-0级标准，同时具有高透明度、优良的力学性能、热性能、低温性能和低烟性能，且显著改善了材料的加工性能。

Description

一种透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚碳酸酯复合材料技术领域，尤其涉及一种透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚碳酸酯（PC）是一种综合性能优越的热塑性工程塑料，因其优异的耐候性能、高抗冲击性能、优异的电绝缘性，被广泛用于汽车工业、仪表仪器、电子电器等领域。然而，未经改性的聚碳酸酯仍有不足之处，表现在阻燃性不够，不能满足对阻燃级别要求较高或很高的场合。聚碳酸酯经过改性，可克服上述的缺点。目前通过在聚碳酸酯中加入阻燃剂，以提高材料阻燃级别的研究已有很多，如采用溴系阻燃剂、磷酸酯类阻燃剂、磺酸盐阻燃剂、聚硅氧烷阻燃剂等。其中溴系阻燃聚碳酸酯材料在燃烧和热裂解过程中产生四溴代二苯并二噁烷及四溴代双苯并呋喃等致癌物质危害；磷酸酯类阻燃虽然避免溴系阻燃体系燃烧过程中产生的有害物质，但其熔点较低和高挥发性，易引起PC复合材料的耐热大幅下降和成型过程中的挥发损失，另外，还牺牲了PC材料本身的透明性；磺酸盐阻燃剂因其添加量少、效率高、能保持PC材料透明的特点，而得到广泛应用，但单独使用不能满足更高的阻燃要求，如薄壁制件的阻燃要求；聚硅氧烷阻燃剂以其优异的加工性、一定的阻燃性以及良好的力学性能（尤其是高低温冲击性能），特别是对环境友好（低烟、低CO生成）而备受研究者重视，但是单独使用其作为阻燃剂用于PC材料则有添加量大、阻燃效果差、影响透明度等缺点。

因此，如何获得一种在PC材料的低烟、无卤环保、阻燃性、透明度、力学性能以及加工性之间能到达平衡，同时成本又相对合理的方法，依然值得人们不断努力探索。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低烟、无卤阻燃、透明、加工性好，能应用于薄壁塑料件的聚碳酸酯复合材料，本发明还提供一种制备该种透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料，包含按重量份数计的以下组分：聚碳酸酯树脂900～980份，聚硅氧烷阻燃剂5～50份，磺酸盐阻燃剂1～10份，助剂5～50份；

其中所述聚碳酸酯树脂为双酚A型芳香族聚碳酸树脂，其相对分子量为20000～30000；所述聚硅氧烷阻燃剂为支链聚硅氧烷类、线性聚硅氧烷类、支链苯基硅油类阻燃剂中的一种或两种混合；所述磺酸盐阻燃剂为苯磺酰基苯磺酸钾、全氟丁基磺酸钾中的一种；所述助剂包括按重量份数计的以下组分：2～10份的抗氧剂、2～10份的防紫外线添加剂、5～20份的加工流动助剂和1～10份的色粉。

优选的，所述抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂168、受阻酚抗氧剂1010、受阻酚抗氧剂1098、受阻酚抗氧剂1076中的一种或两种。

优选的，所述防紫外线添加剂为光稳定剂和紫外线吸收剂的复合物。更优选的，所述光稳定剂和所述紫外线吸收剂的重量份之比为1:1。进一步优选的，所述光稳定剂为癸二酸双2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯（光稳定770）、聚[1-(2’-羟乙基)-2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶丁二酸酯]（光稳定622）中的一种；所述紫外线吸收剂为2-(2'-羟基-3',5'-二(1,1-二甲基苯基)苯并三唑（UV234）、2-(2'-羟基-3',5'-二叔戊基)-苯并三唑（UV-328）、2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基)-苯并三唑（UV-320）中的一种。

优选的，所述加工流动助剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、季戊四醇硬脂酸酯、长链脂肪酸多官能团酯中的一种或几种混合。

优选的，所述色粉主要由颜料和扩散粉组成。

第二方面，本发明提供了一种透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将聚碳酸酯树脂、聚硅氧烷阻燃剂、磺酸盐阻燃剂、助剂在高混机中混合，然后经双螺杆挤出、冷却、造粒，所得粒料经干燥后注塑成标准样条，即得。

优选的，所述各个组分在高速混合机中混合3分钟，然后在250～260℃下经双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒，所得粒料经120℃干燥4小时后在260～280℃下注塑成标准样条。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）通过磺酸盐阻燃剂与支链聚硅氧烷阻燃剂之间的协同作用，使本发明的阻燃等级达到V-0级；

（2）支链聚硅氧烷阻燃剂可均匀地分散在PC树脂中，基本不影响PC的透光率及透明性，使本发明可保持优异的透明性；

（3）本发明的制备方法可使磺酸盐阻燃剂与支链聚硅氧烷阻燃剂复配均匀地分散在PC树脂中，不影响PC的力学性能、低烟性能，且提高PC的冲击性能；

（4）本发明的熔体流动速率高于PC2805，充模流动性好，易注塑成型，能应用于薄壁产品成型。

因此，本发明提供的聚碳酸酯复合材料具有低烟、无卤阻燃、透明、加工性好，能应用于薄壁塑料件的优点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在下述各个实施例中，透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料在制备时采用下述成分：

聚碳酸酯树脂：采用双酚A型芳香族聚碳酸树脂，其相对分子量为20000～30000，由Bayer公司制造，型号为2805；

支链聚硅氧烷阻燃剂：由美国道康宁公司制造，型号FCA-107；

磺酸盐类阻燃剂：由美国SLOSS公司制造，型号F535；

抗氧剂168、抗氧剂1076：由BASF公司制造；

光稳定770、紫外线吸收剂UV234：由BASF公司制造；

加工流动助剂：聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡由BASF公司制造，季戊四醇硬脂酸酯由美国龙沙公司制造，长链脂肪酸多官能团酯由德国科宁公司制造；

实施例1、透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料的制备

将以重量份计的以下组份：976份型号为2805的PC、10份支链聚硅氧烷阻燃剂FCA-107、2份抗氧剂168、1份抗氧剂1076、5份长链脂肪酸多官能团酯、2.5份光稳定770、2.5份紫外线吸收剂UV234和1份色粉在高速混合机中混合3分钟，然后在250～260℃下经双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒，所得粒料经120℃干燥4小时后在260～280℃下注塑成标准样条，即得。

实施例2、透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料的制备

将以重量份计的以下组份：975份型号为2805的PC、10份支链聚硅氧烷阻燃剂FCA-107、1份磺酸盐类阻燃剂F535、2份抗氧剂168、1份抗氧剂1076、5份长链脂肪酸多官能团酯、2.5份光稳定770、2.5份紫外线吸收剂UV234和1份色粉在高速混合机中混合3分钟，然后在250～260℃下经双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒，所得粒料经120℃干燥4小时后在260～280℃下注塑成标准样条，即得。

实施例3、透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料的制备

将以重量份计的以下组份：974份型号为2805的PC、10份支链聚硅氧烷阻燃剂FCA-107、2份磺酸盐类阻燃剂F535、2份抗氧剂168、1份抗氧剂1076、5份长链脂肪酸多官能团酯、2.5份光稳定770、2.5份紫外线吸收剂UV234和1份色粉在高速混合机中混合3分钟，然后在250～260℃下经双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒，所得粒料经120℃干燥4小时后在260～280℃下注塑成标准样条，即得。

实施例4、透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料的制备

将以重量份计的以下组份：971份型号为2805的PC、10份支链聚硅氧烷阻燃剂FCA-107、5份磺酸盐类阻燃剂F535、2份抗氧剂168、1份抗氧剂1076、5份长链脂肪酸多官能团酯、2.5份光稳定770、2.5份紫外线吸收剂UV234和1份色粉在高速混合机中混合3分钟，然后在250～260℃下经双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒，所得粒料经120℃干燥4小时后在260～280℃下注塑成标准样条，即得。

实施例5、透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料的制备

将以重量份计的以下组份：961份型号为2805的PC、10份支链聚硅氧烷阻燃剂FCA-107、5份磺酸盐类阻燃剂F535、2份抗氧剂168、1份抗氧剂1076、5份长链脂肪酸多官能团酯、2.5份光稳定770、2.5份紫外线吸收剂UV234和1份色粉在高速混合机中混合3分钟，然后在250～260℃下经双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒，所得粒料经120℃干燥4小时后在260～280℃下注塑成标准样条，即得。

实施效果的评价

将上述实施例1至实施例5获得的样品，根据美国材料与试验协会（ASTM）标准测试力学性能、光学性能，根据UL94标准测试阻燃性能，根据GB/T20284-2006标准测试600S产烟量评价，测试结果如下表所示：

表1实施例的组分和配比

复合材料配方（以重量份计算）	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						PC2805	976	975	974	971	961
支链聚硅氧烷阻燃剂FCA-107	10	10	10	10	20
						磺酸盐类阻燃剂F535	0	1	2	5	5
抗氧剂168	2	2	2	2	2

抗氧剂1076	1	1	1	1	1
						长链脂肪酸多官能团酯	5	5	5	5	5
光稳定770	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
						紫外线吸收剂UV234	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
色粉	1	1	1	1	1

表2实施例的性能测试结果

表2的性能测试结果表明：

（1）磺酸盐阻燃剂与支链聚硅氧烷阻燃剂具有很好的协同作用，复配1～2份的磺酸盐阻燃剂与10份支链聚硅氧烷阻燃剂可使PC的阻燃等级达到V-0级；

（2）支链聚硅氧烷阻燃剂可均匀地分散在PC树脂中，基本不影响PC的透光率及透明性，复配1～2份的磺酸盐阻燃剂与10份支链聚硅氧烷阻燃剂可保持PC优异的透明性；

（3）通过改进加工工艺可使磺酸盐阻燃剂与支链聚硅氧烷阻燃剂复配均匀地分散在PC树脂中，不影响PC的力学性能、低烟性能，且提高PC的冲击性能；

（4）本发明中透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料的实施例1-5中的熔体流动速率明显高于PC2805，充模流动性好，易注塑成型，能应用于薄壁产品成型。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料，其特征在于，包含按重量份数计的以下组分：聚碳酸酯树脂900～980份，聚硅氧烷阻燃剂5～50份，磺酸盐阻燃剂1～10份，助剂5～50份；

2.根据权利要求1所述的透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂168、受阻酚抗氧剂1010、受阻酚抗氧剂1098、受阻酚抗氧剂1076中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述防紫外线添加剂为光稳定剂和紫外线吸收剂的复合物。

4.根据权利要求3所述的透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述光稳定剂和所述紫外线吸收剂的重量份之比为1:1。

5.根据权利要求3或4所述的透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述光稳定剂为癸二酸双2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、聚[1-(2’-羟乙基)-2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶丁二酸酯]中的一种；所述紫外线吸收剂为2-(2'-羟基-3',5'-二(1,1-二甲基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二叔戊基)-苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基)-苯并三唑中的一种。

6.根据权利要求1所述的透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述加工流动助剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、季戊四醇硬脂酸酯、长链脂肪酸多官能团酯中的一种或几种混合。

7.根据权利要求1所述的透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述色粉主要由颜料和扩散粉组成。

8.一种透明无卤低烟阻燃聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚碳酸酯树脂、聚硅氧烷阻燃剂、磺酸盐阻燃剂、助剂在高混机中混合，然后经双螺杆挤出造粒，所得粒料经干燥后注塑，即得。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述各个组分在高速混合机中混合3分钟，然后在250～260℃下经双螺杆挤出机挤出、冷却、造粒，所得粒料经120℃干燥4小时后在260～280℃下注塑成标准样条。