CN104119653A

CN104119653A - 阻燃聚酯复合材料及其制备方法

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Publication number: CN104119653A
Application number: CN201310141195.7A
Authority: CN
Inventors: 杨刚; 朱明毅; 浦蔚蔚
Original assignee: Mitac Precision Technology Kunshan Ltd
Current assignee: Mitac Precision Technology Kunshan Ltd
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2014-10-29

Abstract

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种阻燃聚酯复合材料及其制备方法，该制备方法包括步骤：按比例将热塑性弹性体和加工油放置于高速混合机中做高速混合，直至加工油与热塑性弹性体达均匀混合状态，取出备用；按比例将得到的混合物及聚乳酸树脂、聚碳酸酯树脂、磷系化合物阻燃剂、成核促进剂及抗滴垂剂先以干混方式搅拌均匀，之后以容积式进料器导入双螺杆挤出机中进行熔融混练加工，熔融混练加工之后所得的挤出条经冷水冷却成固态，以造粒机制作圆柱状粒子；将上述的树脂组合物粒子在热风循环烘箱中干燥，接着使用射出成型机制作成测试样条。该制备方法使得到的阻燃聚酯复合材料为兼顾韧性、强度、阻燃性及高耐用温度的PLA/PC组合物。

Description

阻燃聚酯复合材料及其制备方法

【技术领域】

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种阻燃聚酯复合材料及其制备方法。

【背景技术】

PC（聚碳酸酯）是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，是一种无定形的透明工程塑料，其具有高强度和模量、高韧性、低收缩等优点。PC通常和ABS共混成PC/ABS合金，形成综合性能优异的工程塑料，应用非常广泛。然而，PC/ABS合金不可降解，在全球资源短缺、石油价格不断上涨及环境压力越来越大的今天，使得人们对于非石化来源材料的应用越趋重视。因此，在塑料行业中以生质复合材料应用越来越引人注目。

在所有已商业化生产的生质塑料中，PLA（聚乳酸）是一种以生物资源为原料的生物高分子材料，可以完全降解为二氧化碳和水。聚乳酸的生产过程不依赖石油资源，制造过程中造成的环境负担小，具有良好的可堆肥性、生物降解性，加之具有良好的机械性能和加工性能，因而在许多领域得到越来越广泛的应用。

一般来说，PLA的玻璃转化温度为60℃，制成产品之后的耐用温度则仅约为55℃；另一方面，PLA本身的阻燃等级仅达V-2，且燃烧时会发生熔滴现象，在某些特殊的领域，如电子电器、汽车内饰等，常规的聚乳酸不能满足使用要求，需要对其添加阻燃剂进行阻燃改性。然而，在现有市场上可获得的阻燃剂，通常对于塑料而言会发生塑化作用，导致产品耐用温度降低。在目前的PLA阻燃研究中，通常可以发现阻燃剂的加入能使材料的阻燃等级达到V-0，但是却降低了产品的耐用温度。

有鉴于此，实有必要开发一种阻燃聚酯复合材料，该阻燃聚酯复合材料为兼顾韧性、强度、阻燃性及高耐用温度的PLA/PC组合物。

【发明内容】

因此，本发明的目的是提供一种阻燃聚酯复合材料，该阻燃聚酯复合材料为兼顾韧性、强度、阻燃性及高耐用温度的PLA/PC组合物。

为了达到上述目的，本发明的阻燃聚酯复合材料，按重量份数计算，其包括以下组分：

可选地，所述聚乳酸树脂为L型聚乳酸树脂。

可选地，所述聚碳酸酯树脂为双酚A型聚碳酸酯。

可选地，所述磷系化合物阻燃剂的结构式为：

其中，X₁与X₂可以是相同的或不同的含有芳香环之烷基取代基分子段，烷基链段长为1到5个碳原子，芳香环为苯环、萘环或蒽环，合成所得化合物的酸价在0.7mgKOH/g以下，以液相层析分析仪检测纯度在90%以上。

可选地，所述磷系化合物阻燃剂的结构式为：

该磷系化合物阻燃剂为以上FR-1、FR-2、FR-3、FR-4化合物中的一种或其混合物，较佳为FR-1化合物。

可选地，所述抗滴垂剂为含氟组合物或含氟聚合物，其中较佳为聚四氟乙烯，较佳为0.1～0.5重量份。

可选地，所述热塑性弹性体为苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-丁二烯橡胶、乙烯-丙烯橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、丁腈橡胶、压克力橡胶、乙烯-压克力橡胶、硅橡胶、氟素橡胶、硫化橡胶、动态硫化橡胶、天然橡胶、乙烯-丙烯-丁烯弹性体、聚烯烃系弹性体、聚氯乙烯系弹性体、聚酰胺系弹性体、聚酯系弹性体、聚酯-聚醚系弹性体、聚氨酯系弹性体、氟素系弹性体中的一种或由以上热塑性弹性体组成的混合物，较佳为苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物，该热塑性弹性体较佳为10～25重量份。

可选地，所述成核促进剂为滑石粉、云母、蒙脱土、硫酸钡、碳酸钙、二氧化硅、氢氧化铝、氧化铝、碳酸铝中的一种或由以上成核促进剂组成的混合物，较佳为滑石粉，较佳为0.5～15重量份。

可选地，所述阻燃聚酯复合材料还包括1～10重量份的加工助剂，该加工助剂为增容剂、扩链剂、抗氧化剂、紫外光稳定剂、抗水解稳定剂、热稳定剂、缓慢释放剂、抗静电剂、湿润剂、着色剂、润滑剂中的一种或其混合物。

本发明还提供一种阻燃聚酯复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）按重量比以2：1的比例将热塑性弹性体和加工油放置于高速混合机中做高速混合，直至加工油与热塑性弹性体达均匀混合状态，取出备用；

（2）按比例将步骤（1）得到的混合物及聚乳酸树脂、聚碳酸酯树脂、磷系化合物阻燃剂、成核促进剂及抗滴垂剂先以干混方式搅拌均匀，之后以容积式进料器导入双螺杆挤出机中在180～220°C的条件下进行熔融混练加工，熔融混练加工之后所得的挤出条经冷水冷却成固态，以造粒机制作圆柱状粒子；

（3）将上述的树脂组合物粒子在80°C的条件下，在热风循环烘箱中干燥4小时以上，接着使用射出成型机制作成测试样条，并性能测试。

可选地，所述步骤（1）中：加工油为石蜡基系列加工油、芳香族系列加工油、环氧大豆油、甘油中的一种或由以上加工油组成的混合物，较佳为石蜡基系列加工油，其分子量介于100～3000之间。

相较于现有技术，本发明的阻燃聚酯复合材料及其制备方法，使得到的阻燃聚酯复合材料为兼顾韧性、强度、阻燃性及高耐用温度的PLA/PC组合物，且符合环保要求，其中阻燃等级均可达到1.6mmV-0，可广泛应用于电子、家电、汽车内饰等机构件产品中。

【具体实施方式】

下面通过实施例进一步描述本发明，其中对比例及实施例中所使用的原料具体为：

（1）聚乳酸树脂：美国NatureWorks公司制，规格：4032D。

（2）聚碳酸酯树脂：台湾奇美化工公司制，规格：110。

（3）磷系化合物阻燃剂：于实验室中自行合成。

（4）抗滴垂剂聚四氟乙烯：中国广州熵能聚合物科技有限公司制，规格：Shinepoly SN3300。

（5）热塑性弹性体苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物：台湾橡胶股份有限公司制，规格：SEBS6151。

（6）石蜡基加工油：美国太阳石油公司制，规格：Sunpar2280。

（7）滑石粉：昆山润石化工有限公司制，规格：RS-888A。

对比例1

对比例1中为100重量份的纯聚乳酸树脂。

实施例1

（1）按重量比以2：1的比例将苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物和石蜡加工油放置于高速混合机中做高速混合，约10分钟后加工油与苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物达均匀混合状态，取出备用；

（2）取步骤（1）得到的混合物5重量份及聚乳酸树脂100重量份、聚碳酸酯树脂100重量份、结构式为FR-1的磷系化合物阻燃剂30重量份、滑石粉5重量份、扩链剂2重量份先以干混方式搅拌均匀，之后以容积式进料器导入双螺杆挤出机中在180～210°C的条件下进行熔融混练加工，熔融混练加工之后所得的挤出条经冷水冷却成固态，以造粒机制作圆柱状粒子；

实施例2

（2）取步骤（1）得到的混合物5重量份及聚乳酸树脂100重量份、聚碳酸酯树脂100重量份、结构式为FR-2的磷系化合物阻燃剂30重量份、滑石粉5重量份、扩链剂2重量份、抗滴垂剂0.4重量份先以干混方式搅拌均匀，之后以容积式进料器导入双螺杆挤出机中在180～210°C的条件下进行熔融混练加工，熔融混练加工之后所得的挤出条经冷水冷却成固态，以造粒机制作圆柱状粒子；

实施例3

（2）取步骤（1）得到的混合物5重量份及聚乳酸树脂100重量份、聚碳酸酯树脂100重量份、结构式为FR-3的磷系化合物阻燃剂30重量份、滑石粉5重量份、扩链剂2重量份、抗滴垂剂0.4重量份先以干混方式搅拌均匀，之后以容积式进料器导入双螺杆挤出机中在180～210°C的条件下进行熔融混练加工，熔融混练加工之后所得的挤出条经冷水冷却成固态，以造粒机制作圆柱状粒子；

实施例4

（2）取步骤（1）得到的混合物5重量份及聚乳酸树脂100重量份、聚碳酸酯树脂100重量份、结构式为FR-4的磷系化合物阻燃剂30重量份、滑石粉5重量份、扩链剂2重量份、抗滴垂剂0.4重量份先以干混方式搅拌均匀，之后以容积式进料器导入双螺杆挤出机中在180～210°C的条件下进行熔融混练加工，熔融混练加工之后所得的挤出条经冷水冷却成固态，以造粒机制作圆柱状粒子；

将对比例及各实施例得到的组合物的阻燃性能及力学性能进行测试，其中测试标准为：依据GB/T1040-2006的要求，在10mm/min的条件下测试材料的拉伸强度；依据GB/T9341-2008的要求，在2mm/min的条件下测试材料的弯曲强度及弯曲模量；依据GB/T1843-2008的要求，在试片厚度4mm的条件下进行材料的A型缺口的冲击强度；依据GB/T1643的要求，在试片厚度4mm、施行压力0.45MPa的条件下测量材料的热变形温度；依据UL-94中塑料材料燃烧测试及分类标准规范，在试片厚度1.6mm的条件下进行材料的燃烧测试以及阻燃等级分类，测试结果如表1所示：

表1：对比例及实施例测试结果

测试项目	对比例1	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
						拉伸强度MPa	64	55.3	56.0	53.0	56.4
弯曲强度MPa	91	93	95	95	95
						弯曲模量MPa	3050	3229	3278	3277	3498
缺口冲击强度KJ/m²	2.0	9.7	9.5	9.9	8.8

热变形温度℃	56	106	104	100	106
						阻燃等级	V-2	V-0	V-0	V-0	V-0
滴垂	是	是	否	否	否

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员如本发明的揭示，对于本发明做出的改进或修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种阻燃聚酯复合材料，其特征在于，按重量份数计算，该阻燃聚酯复合材料包括以下组分：

2.如权利要求1所述的阻燃聚酯复合材料，其特征在于，所述聚乳酸树脂为L型聚乳酸树脂。

3.如权利要求1所述的阻燃聚酯复合材料，其特征在于，所述聚碳酸酯树脂为双酚A型聚碳酸酯。

4.如权利要求1所述的阻燃聚酯复合材料，其特征在于，所述磷系化合物阻燃剂的结构式为：

所述X₁与X₂可以是相同的或不同的含有芳香环之烷基取代基分子段，烷基链段长为1到5个碳原子，芳香环为苯环、萘环或蒽环，合成所得化合物的酸价在0.7mgKOH/g以下，以液相层析分析仪检测纯度在90%以上。

5.如权利要求4所述的阻燃聚酯复合材料，其特征在于，所述磷系化合物阻燃剂的结构式为：

该磷系化合物阻燃剂为以上FR-1、FR-2、FR-3、FR-4化合物中的一种或其混合物。

6.如权利要求1所述的阻燃聚酯复合材料，其特征在于，所述抗滴垂剂为含氟组合物或含氟聚合物。

7.如权利要求1所述的阻燃聚酯复合材料，其特征在于，所述热塑性弹性体为苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯共聚合物、苯乙烯-丁二烯橡胶、乙烯-丙烯橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、丁腈橡胶、压克力橡胶、乙烯-压克力橡胶、硅橡胶、氟素橡胶、硫化橡胶、动态硫化橡胶、天然橡胶、乙烯-丙烯-丁烯弹性体、聚烯烃系弹性体、聚氯乙烯系弹性体、聚酰胺系弹性体、聚酯系弹性体、聚酯-聚醚系弹性体、聚氨酯系弹性体、氟素系弹性体中的一种或由以上热塑性弹性体组成的混合物。

8.如权利要求1所述的阻燃聚酯复合材料，其特征在于，所述成核促进剂为滑石粉、云母、蒙脱土、硫酸钡、碳酸钙、二氧化硅、氢氧化铝、氧化铝、碳酸铝中的一种或由以上成核促进剂组成的混合物。

9.如权利要求1所述的阻燃聚酯复合材料，其特征在于，所述阻燃聚酯复合材料还包括1～10重量份的加工助剂，该加工助剂为增容剂、扩链剂、抗氧化剂、紫外光稳定剂、抗水解稳定剂、热稳定剂、缓慢释放剂、抗静电剂、湿润剂、着色剂、润滑剂中的一种或其混合物。

10.一种如权利要求1所述的阻燃聚酯复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

11.如权利要求1所述的阻燃聚酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中：加工油为石蜡基系列加工油、芳香族系列加工油、环氧大豆油、甘油中的一种或由以上加工油组成的混合物。